JP6232961B2 - 変位量検出装置、および変位量検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、変位量検出装置、および変位量検出方法に関する。

従来、新築・既存の建物などの構造物に変位センサー、圧力センサー、加速度センサーなどの様々なセンサーを設置して、構造体に生じている常時微振動に対する応答や、地震や台風による振動などの物理量を検出し、構造体に蓄積された損傷や劣化などによる構造物の異常を検知することを目的とした構造ヘルスモニタリング（ＳＨＭ：Structural Health Monitoring）システムが知られている。例えば、特許文献１には、建物各所に取り付けられ環境情報を測定するセンサーと、建物の性能評価を行うセンターコンピューターとを具備する建物評価システムが開示されている。

特開２００２−３８５８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の建物評価システムでは、建物の各所に取り付けられた固定式センサー（センサー）のみでしか、環境情報の測定が行えないため、例えば、建物に設置したセンサーで異常を検知し、異常の生じた場所を特定したい場合に、さらに建物全体を詳細に測定することが難しいという課題があった。また、建物全体を詳細に測定できるようなシステムにするには、数多くのセンサーを設置する必要があり、建物評価システムの構築に多大な労力とコストを要する。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る変位量検出装置は、構造物に固定された固定式の第１センサーと、前記構造物に設置された可搬式の第２センサーと、前記第１センサーと前記第２センサーとが検出した変位量データを収集し、前記構造物の変位を解析するデータ収集解析手段と、を備え、前記構造物に外力を加え、前記第１センサーおよび前記第２センサーの各々が前記外力による変位を検出して前記変位量データを前記データ収集解析手段に送信し、前記データ収集解析手段は、前記変位量データから前記第２センサーの補正値を算出し、前記第２センサーは、前記補正値を用いて前記変位量データが校正されている、ことを特徴とする。

本適用例によれば、構造物の変位量検出装置は、構造物に固定されて設置（固定式）されている第１センサーの場所に、可搬式の第２センサーを仮設し、構造物に加えた外力による変位を第１センサーと第２センサーとで同時に検出すると、データ収集解析手段の解析により第２センサーの補正値が算出される。この補正値を用いることで第２センサーは第１センサーと校正の取れた変位量データを出力することができる。これにより、本適用例の変位量検出装置は、例えば、構造物の一部に異常が検出され、局所的な変位の測定が必要となった場合、固定式の第１センサーに加え、校正された可搬式の第２センサーを、変位の測定が必要な場所に設置することで、構造物の変位を詳細に検出させる変位量検出装置を構成することができる。したがって、初期の労力とコストを低減した上で、構造物の変位を詳細に検出することが可能な変位量検出装置を提供することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の変位量検出装置は、前記構造物に前記外力を加える加振手段を備え、前記第１センサーおよび前記第２センサーは、前記加振手段により前記構造物に加えられた振動を検出する、ことが好ましい。

本適用例によれば、変位量検出装置は、構造物の内部または構造物の近傍に、外力としての振動を構造物に加える加振手段を備えている。加振手段の一例としては、加振機などがある。加振機を用いることで、任意の振幅と周波数とを有した振動を構造物に加えることができる。例えば、振動を加速度として高い精度で検出可能な加速度センサーを、第１センサーおよび第２センサーに用いることで、構造物の異常を検出する精度を向上させることもできる。

［適用例３］上記適用例に記載の変位量検出装置において、前記第１センサーおよび前記第２センサーは、前記構造物に加えられたインパルス信号を基準として同期されている、ことが好ましい。

本適用例によれば、第１センサーおよび第２センサーは、例えば、加振手段から発せられ、構造物に印加されたインパルス信号を受信したタイミングで同期されているため、時刻同期性を有した変位量データを得ることができる。

［適用例４］上記適用例に記載の変位量検出装置において、前記第２センサーは、移動手段を備えている、ことが好ましい。

本適用例によれば、第２センサーは移動手段を備えているため、検出場所の移動と変位の検出とを繰り返し行うことが可能となるので、少ない数量のセンサーで、構造物に生じた変位を詳細に検出することができる。

［適用例５］上記適用例に記載の変位量検出装置において、前記第２センサーは位置情報計測手段を備えている、ことが好ましい。

本適用例によれば、第２センサーは位置情報計測手段を備えているため、第２センサーが備えている移動手段を用いて検出場所へ移動した際に、移動先の位置を特定できる。したがって、検出場所の位置データと構造物に生じた変位データとが対応している変位量データを出力することができる。

［適用例６］上記適用例に記載の変位量検出装置は、前記第１センサー、前記第２センサーおよび前記データ収集解析手段は、通信手段を備えている、ことが好ましい。

本適用例によれば、変位量検出装置は、第１センサーおよび第２センサーとデータ収集解析手段との間でデータの送受信を行うための通信手段を備えている。変位量検出装置が通信手段を備えることにより、第１センサーおよび第２センサーが検出した変位量データを短時間で収集することができる。さらに、通信手段を無線化することにより、通信ケーブルなどの敷設が不要になるため、初期の設置コストを低減できる。また、移動手段を有した第２センサーが無線による通信手段を有することにより、何処からでも変位量データを送信できるため、測定場所を自由に移動させることができる。

［適用例７］上記適用例に記載の変位量検出装置は、前記第１センサーおよび前記第２センサーは、前記データ収集解析手段に備えられている前記通信手段により送信される信号を基準として同期されていることが好ましい。

本適用例によれば、第１センサーおよび第２センサーは、データ収集解析手段に備えられている通信手段から送信される信号により同期されているため、時刻同期性を有した変位量データを得ることができる。

［適用例８］本適用例に係る変位量検出装置は、構造物に固定された固定式の第１センサーと、前記構造物に設置された可搬式の第２センサーと、前記第１センサーと前記第２センサーとが検出した変位量データを収集し、前記構造物の変位を解析するデータ収集解析手段と、を備え、前記構造物に外力を加え、前記第１センサーおよび前記第２センサーの各々が前記外力による変位を検出して前記変位量データを前記データ収集解析手段に送信し、前記データ収集解析手段は、前記変位量データから前記第２センサーの補正値を算出し、且つ、前記構造物の変位を解析する時に前記補正値を用いて前記第２センサーの前記変位量データを校正する、ことを特徴とする。

本適用例によれば、構造物の変位量検出装置は、構造物に固定されて設置（固定式）されている第１センサーの場所に、可搬式の第２センサーを仮設し、構造物に加えた外力による変位を第１センサーと第２センサーとで同時に検出すると、データ収集解析手段の解析により第２センサーの補正値が算出される。データ収集解析手段は、第２センサーから受信した変位量データと補正値とを用いて、第１センサーと校正の取れた変位量データを求めることができる。これにより、本適用例の変位量検出装置は、例えば、構造物の一部に異常が検出され、局所的な変位の測定が必要となった場合、固定式の第１センサーに加え、補正値を算出した可搬式の第２センサーを、変位の測定が必要な場所に設置することで、構造物の変位を詳細に検出させる変位量検出装置を構成することができる。したがって、初期の労力とコストを低減した上で、構造物の変位を詳細に検出することが可能な変位量検出装置を提供することができる。

［適用例９］本適用例に係る変位量検出方法は、構造物に固定されている固定式の第１センサーの付近に可搬式の第２センサーを仮設する第２センサー仮設工程と、前記構造物に加えられた外力による変位を、前記第１センサーおよび前記第２センサーが検出する第１検出工程と、前記第１センサーおよび前記第２センサーが検出した変位量データを用いて、前記第２センサーの補正値を算出する補正値算出工程と、前記第２センサーに前記補正値を設定する補正値設定工程と、前記構造物の所定位置に前記第２センサーを設置する第２センサー設置工程と、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、構造物に既設されている固定式の第１センサーの近傍に、可搬式の第２センサーを仮設し、構造物の変位を第１センサーと第２センサーとで同時に検出し、第１センサーと第２センサーとが検出した変位量データを比較して算出された第２センサーの補正値を第２センサーに記録する。この補正値を用いることで第２センサーは第１センサーで校正された変位量データを出力することができる。構造物に既設の第１センサーに、校正済みの第２センサーを追加設置し、構造物に加えられた変位を検出し、第１センサーと第２センサーとが検出した変位量データを収集および解析することで構造物の変位を詳細に検出することができる。この方法によれば、例えば、構造物の一部に異常が検出され、局所的な変位の検出が必要となった場合、固定式の第１センサーに加え、校正された可搬式の第２センサーを、変位の測定が必要な場所に設置することで、構造物の変位を詳細に検出することができる。したがって、初期の労力とコストを低減した上で、構造物の変位を詳細に検出することが可能な変位量検出方法を提供することができる。

実施形態１に係る変位量検出装置の構成を示す概略図。 変位量検出装置の電気制御ブロック図。 変位検出部に備えられるセンサーデバイスを模式的に示す図。 変位量検出方法を示すフローチャート図。 第２センサー校正時の概略図。 実施形態２に係る変位量検出装置の構成を示す概略図。 変位量検出装置の電気制御ブロック図。 最大変位量検出方法を示すフローチャート図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。

（実施形態１）
まず、変位量検出装置１の概略構成について図１および図２を用いて説明する。
図１は、実施形態１に係る変位量検出装置１の構成を示す概略図である。この変位量検出装置１は、構造物５に設置された固定式の第１センサー１０と、構造物５に追加設置された可搬式の第２センサー２０と、構造物５に変位を加える加振手段４０と、第１センサー１０および第２センサー２０が構造物５に加えられた変位を検出し、出力されたデータを収集し解析するデータ収集解析手段３０を備えている。第１センサー１０と、第２センサー２０と、データ収集解析手段３０とは、好適例として、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の有線ネットワークで接続されている。有線ネットワークとしては、ＰＬＣ（Power Line Communication）、固定電話回線網などを用いることができる。本概略図では、構造物５は、住宅やオフィースなどの３階建てビルディングを側面から見た形状を模した矩形状だが、橋梁やトンネルなどにも適用可能である。

図２は、変位量検出装置１の電気制御ブロック図である。変位量検出装置１の電気的構成について説明する。
第１センサー１０は、変位検出部１１と制御部１３とを備えている。変位検出部１１には、構造物５（図１参照）に加わる変位を検出するセンサーデバイス６０が備えられている。制御部１３は第１センサー１０の制御を行う制御ユニットである。インターフェイス部１６は、第１センサー１０とデータ収集解析手段３０との間でデータの送受信を行うものである。ＣＰＵ１４は、変位検出部１１に備えられているセンサー素子の信号処理と、第１センサー１０の制御とを行うための演算処理装置である。メモリー１５は、第１センサー１０の位置情報や補正値、ＣＰＵ１４のプログラムを格納する領域や、作業領域などを確保するためのものである。

第２センサー２０は、変位検出部２１と制御部２３とを備えている。変位検出部２１には、構造物５に加わる変位を検出するセンサーデバイス６０が備えられている。制御部２３は第２センサー２０の制御を行う制御ユニットである。インターフェイス部２６は、第２センサー２０とデータ収集解析手段３０との間でデータの送受信を行うものである。ＣＰＵ２４は、変位検出部２１に備えられているセンサー素子の信号処理と、第２センサー２０の制御とを行うための演算処理装置である。メモリー２５は、第２センサー２０の位置情報や補正値、ＣＰＵ２４のプログラムを格納する領域や、作業領域などを確保するためのものである。なお、本実施形態では、加振手段４０（図１参照）により構造物５（図１参照）に振動を与える構成としているため、センサーデバイス６０として後述する高精度の加速度センサーを使用することができる。他のセンサーデバイス６０としては、歪みセンサー、接触式変位センサー、超音波式変位センサー、光変位センサー、ポテンショメーターなどを用いることができる。

データ収集解析手段３０は、ＣＰＵ３４とデータベース３５とインターフェイス部３６とを備えている。データ収集解析手段３０は、汎用のパーソナルコンピューターを用いることもできる。インターフェイス部３６は、第１センサー１０および第２センサー２０との間でデータの送受信を行い、第１センサー１０および第２センサー２０から出力されるデータの収集を行うものである。ＣＰＵ３４は、第１センサー１０および第２センサー２０から収集されたデータの解析を行い、構造物５（図１参照）の健全性を判断するためのものである。データベース３５は、第１センサー１０および第２センサー２０から出力されたデータを蓄積する領域やＣＰＵ３４が構造物５（図１参照）の健全性の判断を行うためのプログラムなどを格納するものである。

次に、変位検出部に備えられているセンサーデバイス６０について図３を用いて説明する。
本実施形態では、センサーデバイス６０として加速度センサーが備えられている。
図３（ａ）は、加速度センサー素子を模式的に示す斜視図である。図３（ｂ）は、説明の便宜のため、質量部１８０の図示を省略した斜視図である。図３（ｃ）は、加速度センサー素子をパッケージに実装した加速度センサーを模式的に示す断面図である。また、図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。なお、Ｚ軸は、重力の作用する方向を示す軸である。

図３に示す加速度センサー素子１００は、基部１１０と、継手部１１２と、可動部１１４と、連結部１４０と、加速度検出素子１７０とを備えている。さらに、加速度センサー素子１００は、第１支持部１２０と、第２支持部１３０と、第３支持部１５０と、第４支持部１６０と、質量部１８０と、を備えている。

加速度センサー素子１００の基部１１０、継手部１１２、可動部１１４、連結部１４０、及び各支持部（１２０，１３０，１５０，１６０）は、例えば、水晶の原石などから所定の角度で切り出された水晶基板を用いている。当該水晶基板をパターニングすることにより、基板構造体１０１としてこれらが一体に形成されている。また、パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術、及びエッチング技術を用いることができる。

基部１１０は、継手部１１２を介して可動部１１４と接続し、当該可動部１１４を支持している。継手部１１２は、基部１１０と可動部１１４との間に設けられ、基部１１０及び可動部１１４と接続されている。継手部１１２の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、基部１１０の厚さ、及び可動部１１４の厚さと比して薄く（短く）設けられている。例えば、継手部１１２を含む基板構造体１０１を、いわゆるハーフエッチングすることによって継手部１１２の厚みが薄くなる薄肉部を形成して、継手部１１２を設けることができる。継手部１１２は、可動部１１４が基部１１０に対して変位（回動）する際に、支点（中間ヒンジ）としてＸ軸方向に沿った回転軸となる。なお、基部１１０には、第１支持部１２０と、第２支持部１３０と、第３支持部１５０と、第４支持部１６０とが接続されている。

可動部１１４は、基部１１０から延在して設けられている。詳しくは、継手部１１２を介して基部１１０と接続して設けられている。可動部１１４は、基部１１０から継手部１１２を介して、Ｙ軸方向に沿って（＋Ｙ軸方向に）設けられている。可動部１１４は、その形状が板状であり、互いに対向し表裏の関係である主面１１４ａ，１１４ｂを有している。可動部１１４は、主面１１４ａ，１１４ｂと交差する方向（Ｚ軸方向）に加わる加速度に応じて、継手部１１２を支点（回転軸）として主面１１４ａ，１１４ｂと交差する方向（Ｚ軸方向）に変位する。

図３に示す様に加速度検出素子１７０は、基部１１０と、可動部１１４とに接続して設けられている。換言すると、加速度検出素子１７０は、基部１１０と、可動部１１４とに跨がるように設けられている。加速度検出素子１７０には、振動梁部１７１ａ，１７１ｂと、ベース部１７２ａ，１７２ｂと、を備えている。加速度検出素子１７０は、例えば、可動部１１４が加速度に応じて変位することで、振動梁部１７１ａ，１７１ｂに応力が生じ、振動梁部１７１ａ，１７１ｂの振動周波数（共振周波数）が変化する。なお、加速度検出素子１７０は、２本の振動梁部１７１ａ，１７１ｂと、一対のベース部１７２ａ，１７２ｂと、を有する双音叉素子（双音叉型振動素子）である。

振動梁部１７１ａ，１７１ｂは、可動部１１４の延在するＹ軸方向に沿ってベース部１７２ａと、ベース部１７２ｂの間に延在して設けられている。振動梁部１７１ａ，１７１ｂは、当該振動梁部１７１ａ，１７１ｂに設けられた励振電極（図示せず）に駆動信号が印加されると、Ｘ軸方向に沿って、互いに離間、又は近接するように屈曲振動することができる。

ベース部１７２ａ，１７２ｂは、振動梁部１７１ａ，１７１ｂの両端に接続されている。ベース部１７２ａは、基部１１０の第１面１１０ａ（加速度検出素子１７０が設けられた面）に図示しない接合材を介して固定されている。ベース部１７２ｂは、可動部１１４の主面１１４ａに図示しない接合材を介して接続されている。

加速度検出素子１７０は、例えば、いわゆる水晶原石から所定の角度で切り出された水晶基板を、フォトリソグラフィー技術、及びエッチング技術によってパターニングすることにより形成されている。これにより、振動梁部１７１ａ，１７１ｂ、及びベース部１７２ａ，１７２ｂを、一体に形成することができる。

加速度検出素子１７０のベース部１７２ａ上には、引き出し電極（図示省略）が設けられている。引き出し電極は、振動梁部１７１ａ，１７１ｂに設けられた励振電極（図示省略）と電気的に接続されている。引き出し電極は、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属ワイヤー（図示省略）によって、基部１１０の第１面１１０ａに設けられた接続端子（図示省略）と電気的に接続されている。接続端子は、図示しない配線によって、各支持部（１２０，１３０，１５０，１６０）の端部に設けられた固定部接続端子７９と電気的に接続されている。

質量部１８０は、図示しない接合材を介して可動部１１４の主面１１４ａと主面１１４ａと表裏の関係で裏面となる主面１１４ｂと、に設けられている。

加速度センサー素子１００は、−Ｚ軸方向に加速度（重力方向に加えられる加速度）が加わると、加速度に応じて、可動部１１４が継手部１１２を支点にして−Ｚ軸方向に変位する。これにより、加速度検出素子１７０には、Ｙ軸に沿ってベース部１７２ａとベース部１７２ｂとが互いに離れる方向の力（張力）が加わり、振動梁部１７１ａ，１７１ｂには引っ張り応力が生じる。そのため、振動梁部１７１ａ，１７１ｂの振動周波数（共振周波数）は、高くなる。

加速度センサー素子１００は、＋Ｚ軸方向に加速度（重力方向と反対方向に加えられる加速度）が加わると、加速度に応じて、可動部１１４が継手部１１２を支点にして＋Ｚ軸方向に変位する。これにより、加速度検出素子１７０には、Ｙ軸に沿ってベース部１７２ａとベース部１７２ｂとが互いに近づく方向の力（圧縮力）が加わり、振動梁部１７１ａ，１７１ｂには圧縮応力が生じる。そのため、振動梁部１７１ａ，１７１ｂの振動周波数（共振周波数）は、低くなる。

図３（ｃ）に示すように、加速度センサー３００は、加速度センサー素子１００と、パッケージ３１０とを有する。また、パッケージ３１０は、パッケージベース３２０と、リッド３３０とを有する。加速度センサー３００は、パッケージベース３２０と、リッド３３０とが接続されて設けられた空間３１１に、加速度センサー素子１００が収容（搭載）されている。パッケージ３１０の内部は、減圧または不活性ガスの充填された雰囲気になっている。

パッケージベース３２０は、パッケージベース３２０の内底面（凹部の内側の底面）３２２から、リッド３３０側に突出した段差部３２３を有する。段差部３２３は、例えば、凹部３２１の内壁に沿って設けられている。段差部３２３には、内部端子３４０が設けられている。

内部端子３４０は、加速度センサー素子１００の固定部接続端子７９と対向する位置（平面視において重なる位置）に設けられている。固定部接続端子７９は、接合材３４３を介して内部端子３４０と電気的に接続されている。

パッケージベース３２０の外底面（内底面３２２と反対側の面）３２４には、外部の部材に実装される際に用いられる外部端子３４４が設けられている。外部端子３４４は、図示しない内部配線を介して内部端子３４０と電気的に接続されている。

リッド３３０は、パッケージベース３２０の凹部３２１を覆って設けられている。リッド３３０の形状は、例えば、板状である。リッド３３０は、リッド接合部材３３２を介して、パッケージベース３２０に接合されている。

加速度センサー３００において、外部端子３４４、内部端子３４０、固定部接続端子７９などを経由して、加速度センサー素子１００の励振電極に駆動信号が入力されると、加速度検出素子１７０の振動梁部１７１ａ，１７１ｂ（図３（ｂ）参照）は、所定の周波数で振動（共振）する。そして、加速度センサー３００は、印加される加速度に応じて変化する加速度検出素子１７０（図３（ｂ）参照）の共振周波数を出力信号として、出力することができる。

図２に示す変位量検出装置１の変位検出部１１に水晶基板からなる加速度センサー３００を用いることで、構造物５（図１参照）に加わる振動を高精度で検出することができる。また、水晶を用いた加速度センサー３００は小型であるため、可搬性が良く、設置場所の自由度が高い第２センサー２０を構成することができる。

次に、変位量検出装置１の変位量検出方法を図２、図４および図５を用いて説明する。図４は変位量検出装置１の変位量検出方法を示すフローチャート図である。図５は第２センサー校正時の概略図である。
構造物５には、構造物５全体としての変位（損傷）を検出するために、必要最低限の数量の固定式の第１センサー１０が配置された変位量検出装置が稼働しており、既設の第１センサー１０に第２センサー２０を追加して、構造物５の変位をさらに詳細に検出する方法について説明する。

まず、ステップＳ１では、第２センサー２０の仮設を行う。構造物５の変位を詳細に検出するために、構造物５に既設の固定式の第１センサーに追加して設置する可搬式の第２センサーを用意する。第２センサーを、第１センサー１０を標準器として校正するために、校正に使用する第１センサーが設置されている場所に可搬式の第２センサーを仮設する。複数の第２センサーを校正する場合は、図５に示すように、標準器とする第１センサーの近傍に複数の第２センサーを仮設する。これにより、一度で複数のセンサーを校正することができるため、校正に要する時間を短縮することができる。

ステップＳ２では、第２センサー２０の校正を行うために構造物５の変位を検出する。加振手段４０が、構造物５に振動を加える。第２センサー２０を校正するために、第１センサー１０の制御部１３および第２センサーの制御部２３は、構造物５に生じた振動を、標準器とする第１センサー１０の変位検出部１１と仮設した第２センサー２０の変位検出部２１とで同時に検出させる。

ステップＳ３では、第２センサー２０を校正するための補正値を算出する。第１センサー１０の制御部１３は、変位検出部１１で検出された出力信号を処理して変位量データをデータ収集解析手段３０へ送信する。第２センサー２０の制御部２３は、変位検出部２１で検出された出力信号を処理して変位量データをデータ収集解析手段３０へ送信する。データ収集解析手段３０は、第１センサー１０と第２センサー２０とが検出した変位量データを比較し、第２センサー２０の補正値を算出する。補正値は、例えば、最大加速度や最大変位の振幅を一致させるための定数である。

ステップＳ４では、第２センサー２０に補正値を設定・記録することで、第２センサー２０を校正する。データ収集解析手段３０は、補正値を記録した変位量データを第２センサー２０に送信し、第２センサー２０の制御部２３が、変位量データを受信してメモリー２５へ記録し設定することで、第２センサー２０は第１センサー１０を標準器として校正される。これにより、第２センサー２０は、第１センサー１０と校正の取れた変位量データを出力することができる。

ステップＳ５では、第２センサーを構造物５に設置する。補正値を設定した第２センサーを構造物５の変位を詳細に検出したい場所に設置する。このとき、設置場所の情報をデータ収集解析手段３０から第２センサー２０へ送信し、制御部２３は、設置場所の情報をメモリー２５へ記録する。

ステップＳ６では、構造物５の変位を検出する。加振手段４０は、最初にインパルス信号を発射し、所定時間後に所定の周波数と振幅とを有した振動を構造物５に加える。第１センサー１０の制御部１３は、第１センサー１０の変位検出部１１に、構造物５に加えられた振動を検出させる。第２センサーの制御部２３は、第２センサー２０の変位検出部２１に、構造物５に加えられた振動を検出させる。制御部１３は、変位検出部１１からの出力信号を、インパルス信号を受信した時刻を基準として演算処理する。制御部２３は、変位検出部２１からの出力信号を、インパルス信号を受信した時刻を基準として演算処理する。インパルス信号は、構造物５に加える振動の周波数に比べ、高い周波数成分を含んでいるため、構造物５の内部を伝播する伝播速度も速い。このため、インパルス信号を受信した時刻を基準とすることで、時刻同期性を有した変位量データを得ることができる。なお、第１センサー１０と第２センサー２０とは、ＮＴＰ（Network Time Protocol）などの時刻同期プロトコルを用いて時刻同期させることもできる。

ステップＳ７では、第１センサー１０と第２センサー２０とが検出した変位量データを収集し、解析する。第１センサー１０の制御部１３は、変位検出部１１で検出された信号を処理した変位量データをデータ収集解析手段３０へ送信する。第２センサー２０の制御部２３は、変位検出部２１で検出された信号を処理した変位量データをデータ収集解析手段３０へ送信する。データ収集解析手段３０は、第１センサー１０と第２センサー２０とが検出した変位量データを収集し解析することで、構造物５の健全性を評価する。

なお、本実施形態１では、校正に使用する補正値が第２センサー２０のメモリー２５に設定され、第２センサー２０が第１センサー１０と校正の取れた変位量データを出力するものと説明したが、これに限定するものではない。例えば、補正値がデータ収集解析手段３０のデータベース３５に記録され、第１センサー１０と校正の取れた変位量データは第２センサー２０から受信した変位量データと補正値とを用いて、データ収集解析手段３０のＣＰＵ３４に算出させるようにしてもよい。

以上述べたように、本実施形態１に係る変位量検出装置１によれば、以下の効果を得ることができる。構造物５の変位量検出装置１は、構造物５に固定されて設置されている（固定式）第１センサー１０の場所に、可搬式の第２センサー２０を仮設し、構造物５の変位を第１センサー１０と第２センサー２０とで同時に検出すると、データ収集解析手段３０の解析により補正値が算出される。この補正値を第２センサー２０に記録することで、第２センサー２０は第１センサー１０を標準器として校正される。既設の第１センサー１０に加え、校正された第２センサー２０を、構造物５に設置することで、構造物５に加わる変位を詳細に検出することが可能な、変位量検出装置１を構成することが出来る。したがって、初期コストを低減した上で、構造物５の変位を詳細に検出することが可能な変位量検出装置１を提供することができる。

また、本実施形態１に係る変位量検出方法によれば、以下の効果を得ることができる。可搬式の第２センサー２０を、標準器とする固定式の第１センサー１０が設置されている付近に仮設する第２センサー仮設工程と、構造物５に加えられた変位を第１センサー１０と第２センサー２０とで同時に検出する第１検出工程と、検出された変位量データをデータ収集解析手段３０で比較して補正値を算出する補正値算出工程と、算出された補正値を第２センサー２０に記録する補正値設定工程とにより、第２センサー２０は第１センサー１０を標準器として校正される。第２センサー設置工程にて、構造物５に既設の第１センサー１０に、第２センサー２０を追加し、構造物５の変位を第１センサー１０と第２センサー２０とで検出する第２検出工程と、第１センサー１０と第２センサー２０とから出力されたデータを解析し、構造物５の変位を解析する解析工程と、により構造物の変位を詳細に検出することができる。この方法によれば、例えば、構造物の一部に異常が検出され、局所的な変位の検出が必要となった場合、固定式の第１センサーに加え、校正された可搬式の第２センサーを、変位の測定が必要な場所に設置することが可能である。したがって、初期コストを低減した上で、必要に応じて構造物の変位を詳細に検出することが可能な変位量検出方法を提供することができる。

（実施形態２）
変位量検出装置２の概略構成について図６および図７を用いて説明する。実施形態２では、変位量検出装置２は無線による通信手段を有し、第２センサーは位置情報計測手段を備え、移動手段を備えている点が、実施形態１と異なる。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。

図６は、実施形態２に係る変位量検出装置２の構成を示す概略図である。この変位量検出装置２は、無線による通信を行うためのアンテナ１９，２９，３９を有し、好適例として、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）によるワイヤレスネットワークで接続されている。無線による通信方法としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＭａｘ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）、ＰＨＳ（Personal Handy phone System）、特定小電力、携帯電話などの無線システムを用いることができる。

図７は、変位量検出装置２の電気制御ブロック図である。変位量検出装置２の電気的構成について説明する。
第１センサー１０ａは、インターフェイス部１６に、図示しないＺｉｇｂｅｅ（登録商標）の無線モジュールを有し、アンテナ１９を備えた無線による通信手段６１を備えている。通信手段６１は、データ収集解析手段３０ａと第１センサー１０ａとの間で、無線でデータの送受信を行うためのものである。

第２センサー２０ａは、移動手段５０を備えている。制御部２３は、移動制御部２７を備えており、ＣＰＵ２４は、移動制御部２７により移動手段５０を制御する。また、第２センサー２０ａは、位置情報計測手段２２を備えている。位置情報計測手段２２には、ＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナ、ＧＰＳレシーバー、ジャイロセンサー、超音波センサーなどを備えることができる。ＣＰＵ２４は、位置情報計測手段２２と変位検出部２１とに備えられているセンサー素子の信号処理と演算処理により、第２センサー２０ａの位置を算出する。インターフェイス部２６は、図示しないＺｉｇｂｅｅ（登録商標）の無線モジュールを有し、アンテナ２９を備えた無線による通信手段６２を備えている。通信手段６２は、データ収集解析手段３０ａと第２センサー２０ａとの間で、無線でデータの送受信を行うためのものである。

データ収集解析手段３０ａは、インターフェイス部３６に、図示しないＺｉｇｂｅｅ（登録商標）の無線モジュールを有し、アンテナ３９を備えた無線による通信手段６３を備えている。通信手段６３は、データ収集解析手段３０ａと第１センサー１０ａおよび第２センサー２０ａとの間で、無線でデータの送受信を行うためのものである。

次に、変位量検出装置２の変位量検出方法を図６から図８を用いて説明する。図８は変位量検出装置２の変位量検出方法を示すフローチャート図である。本実施形態２では、構造物５に生じる最大変位位置を検出する方法について説明する。なお、ここでは実施形態１と異なるステップＳ６からの工程を説明する。

ステップＳ６では、構造物５の変位を検出する。加振手段４０は、所定の周波数と振幅を有した振動を構造物５に加える。データ収集解析手段３０ａは、第１センサー１０ａと第２センサー２０ａとに、同期信号を送信する。第１センサー１０ａの制御部１３は、同期信号を受信したタイミングで、変位検出部１１に構造物５に加えられた振動を検出させる。第２センサー２０ａの制御部２３は、同期信号を受信したタイミングで、変位検出部２１に構造物５に加えられた振動を検出させる。第１センサー１０ａの制御部１３は、変位検出部１１からの出力信号を演算処理する。第２センサー２０ａの制御部２３は、変位検出部２１からの出力信号を演算処理する。無線による同期信号は、構造物５の内部を伝わる振動に比べ、伝播速度が速い。このため、同期信号を受信したタイミングで振動の検出を開始することで、時刻同期性を有したデータを得ることができる。なお、第１センサーにＧＰＳレシーバーを備え、第１センサーおよび第２センサーが、ＧＰＳ信号を受信可能な場合は、第１センサー１０ａと第２センサー２０ａとを、ＧＰＳを用いて時刻同期させることもできる。

ステップＳ７では、第１センサー１０ａおよび第２センサー２０ａが検出した変位量データを収集し、解析する。第１センサー１０ａの制御部１３は、変位検出部１１で検出された出力信号を処理して変位量データをデータ収集解析手段３０ａへ送信する。第２センサー２０ａの制御部２３は、変位検出部２１で検出された出力信号を処理した変位量データをデータ収集解析手段３０ａへ送信する。データ収集解析手段３０ａは、第１センサー１０ａと第２センサー２０ａとが検出した変位量データを収集し解析することで、構造物５の最大変位位置を推定し、位置データを第２センサー２０ａに送信する。

ステップＳ８では、ステップＳ７で求められた構造物５の最大変位位置と第２センサー２０ａの現在位置とが同じかを判断する。位置が異なる場合（Ｓ８：Ｎｏ）には、ステップＳ９へ進み、ステップＳ６からステップＳ８を繰り返す。位置が同じ場合（Ｓ８：Ｙｅｓ）には、構造物５の変位検出を終了する。

ステップＳ９では、第２センサー２０ａの検出場所を移動させる。制御部２３は、データ収集解析手段３０ａから送信された構造物５の最大変位位置の位置データを受信し、ＣＰＵ２４は移動制御部２７を制御して第２センサー２０ａを最大変位位置へ移動させる。第２センサー２０ａの現在位置は、位置情報計測手段２２と変位検出部２１とに備えられているセンサー素子からの出力信号を、ＣＰＵ２４が信号処理と演算処理とをすることで求めることができる。

なお、複数の第２センサー２０ａを使用することで、構造物５の最大変位位置を短時間で特定することができる。

以上述べたように、本実施形態２に係る変位量検出装置２によれば、以下の効果を得ることができる。変位量検出装置２は、無線による通信手段を備えているので、データ収集解析手段３０ａと第１センサー１０ａおよび第２センサー２０ａとの間で同期信号を送受信することで、時刻同期性を有したデータを得ることができる。また、第２センサー２０ａは、移動手段５０および移動制御部２７と位置情報計測手段２２とを備えているため、第２センサー２０ａは、構造物５を移動しながら構造物５の変位の検出を行うことができるので、移動と検出を繰り返し行うことで、構造物５の最大変位位置を特定することができる。したがって、構造物５の変位を詳細に検出し、最大変位位置を求めることが可能な変位量検出装置を提供することができる。

また、本実施形態２に係る変位量検出方法によれば、以下の効果を得ることができる。構造物５の変位を固定式の第１センサー１０ａと移動式の第２センサー２０ａとで検出する第２検出工程と、第１センサー１０ａと第２センサー２０ａとから出力されたデータを解析し、構造物５の最大変位位置を算出する解析工程と、解析工程で算出された最大変位量の位置へ第２センサーを移動させる工程と、を繰り返すことにより、構造物５の最大変位位置を特定することができる。したがって、構造物５の変位を詳細に検出し、構造物５の最大変位位置を求めることが可能な変位量検出方法を提供することができる。

１…変位量検出装置、２…変位量検出装置、５…構造物、１０，１０ａ…第１センサー、１１…変位検出部、１３…制御部、１４…ＣＰＵ、１５…メモリー、１６…インターフェイス部、１９…アンテナ、２０，２０ａ…第２センサー、２１…変位検出部、２２…位置情報計測手段、２３…制御部、２４…ＣＰＵ、２５…メモリー、２６…インターフェイス部、２７…移動制御部、２９…アンテナ、３０，３０ａ…データ収集解析手段、３４…ＣＰＵ、３５…データベース、３６…インターフェイス部、３９…アンテナ、４０…加振手段、５０…移動手段、６０…センサーデバイス、６１，６２，６３…通信手段、７９…固定部接続端子、１００…加速度センサー素子、１０１…基板構造体、１１０…基部、１１０ａ…第１面、１１２…継手部、１１４…可動部、１１４ａ…主面、１１４ｂ…主面、１２０…第１支持部、１３０…第２支持部、１４０…連結部、１５０…第３支持部、１６０…第４支持部、１７０…加速度検出素子、１７１ａ…振動梁部、１７２ａ…ベース部、１７２ｂ…ベース部、１８０…質量部、３００…加速度センサー、３１０…パッケージ、３１１…設けられた空間、３２０…パッケージベース、３２１…凹部、３２２…内底面、３２３…段差部、３２４…外底面、３３０…リッド、３３２…リッド接合部材、３４０…内部端子、３４３…接合材、３４４…外部端子。

Claims (9)

1. 構造物に固定された固定式の第１センサーと、
   前記構造物に設置された可搬式の第２センサーと、
   前記第１センサーと前記第２センサーとが検出した変位量データを収集し、前記構造物の変位を解析するデータ収集解析手段と、を備え、
   前記第１センサーおよび前記第２センサーの各々が前記構造物の変位を検出して前記変位量データを前記データ収集解析手段に送信し、
   前記データ収集解析手段は、前記変位量データから前記第２センサーの補正値を算出し、
   前記第２センサーは、前記補正値を用いて前記変位量データが校正されている、ことを特徴とする変位量検出装置。
2. 前記構造物に外力を加える加振手段を備え、
   前記第１センサーおよび前記第２センサーは、前記加振手段により前記構造物に加えられた振動を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載の変位量検出装置。
3. 前記第１センサーおよび前記第２センサーは、前記構造物に加えられたインパルス信号を基準として同期されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の変位量検出装置。
4. 前記第２センサーは、移動手段を備えている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の変位量検出装置。
5. 前記第２センサーは、位置情報計測手段を備えている、ことを特徴とする請求項４に記載の変位量検出装置。
6. 前記第１センサー、前記第２センサーおよび前記データ収集解析手段は、通信手段を備えている、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の変位量検出装置。
7. 前記第１センサーおよび前記第２センサーは、前記データ収集解析手段に備えられている前記通信手段により送信される信号を基準として同期されている、ことを特徴とする請求項６に記載の変位量検出装置。
8. 構造物に固定された固定式の第１センサーと、
   前記構造物に設置された可搬式の第２センサーと、
   前記第１センサーと前記第２センサーとが検出した変位量データを収集し、前記構造物の変位を解析するデータ収集解析手段と、を備え、
   前記第１センサーおよび前記第２センサーの各々が前記構造物の変位を検出して前記変位量データを前記データ収集解析手段に送信し、
   前記データ収集解析手段は、前記変位量データから前記第２センサーの補正値を算出し、且つ、前記構造物の変位を解析する時に前記補正値を用いて前記第２センサーの前記変位量データを校正する、ことを特徴とする変位量検出装置。
9. 構造物に固定されている固定式の第１センサーの付近に可搬式の第２センサーを仮設する第２センサー仮設工程と、
   前記構造物の変位を、前記第１センサーおよび前記第２センサーが検出する第１検出工程と、
   前記第１センサーおよび前記第２センサーが検出した変位量データを用いて、前記第２センサーの補正値を算出する補正値算出工程と、
   前記第２センサーに前記補正値を設定する補正値設定工程と、
   前記構造物の所定位置に前記第２センサーを設置する第２センサー設置工程と、
   を含む、ことを特徴とする変位量検出方法。

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