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

変位量検出装置、および変位量検出方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6232961B2
JP6232961B2 JP2013238589A JP2013238589A JP6232961B2 JP 6232961 B2 JP6232961 B2 JP 6232961B2 JP 2013238589 A JP2013238589 A JP 2013238589A JP 2013238589 A JP2013238589 A JP 2013238589A JP 6232961 B2 JP6232961 B2 JP 6232961B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
displacement
displacement amount
data
correction value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013238589A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015099073A (ja
JP2015099073A5 (ja
Inventor
弘志 岡本
弘志 岡本
牧垣 奉宏
奉宏 牧垣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2013238589A priority Critical patent/JP6232961B2/ja
Publication of JP2015099073A publication Critical patent/JP2015099073A/ja
Publication of JP2015099073A5 publication Critical patent/JP2015099073A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6232961B2 publication Critical patent/JP6232961B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

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、
    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、
    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。
JP2013238589A 2013-11-19 2013-11-19 変位量検出装置、および変位量検出方法 Expired - Fee Related JP6232961B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013238589A JP6232961B2 (ja) 2013-11-19 2013-11-19 変位量検出装置、および変位量検出方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013238589A JP6232961B2 (ja) 2013-11-19 2013-11-19 変位量検出装置、および変位量検出方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2015099073A JP2015099073A (ja) 2015-05-28
JP2015099073A5 JP2015099073A5 (ja) 2016-12-08
JP6232961B2 true JP6232961B2 (ja) 2017-11-22

Family

ID=53375774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013238589A Expired - Fee Related JP6232961B2 (ja) 2013-11-19 2013-11-19 変位量検出装置、および変位量検出方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6232961B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105004310B (zh) * 2015-06-17 2018-01-23 浙江工商大学 一种整托盘运输在途货物偏离检测装置
JP6604200B2 (ja) * 2015-12-28 2019-11-13 セイコーエプソン株式会社 加速度センサー、計測システム、および計測装置
CN106052608B (zh) * 2016-08-04 2018-08-10 宜昌达瑞机电科技有限公司 专用风扇装配、检测设备进行圆跳动检测的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001265425A (ja) * 2000-03-21 2001-09-28 Oki Electric Ind Co Ltd 設備データ分析・診断システム
JP2003014711A (ja) * 2001-06-28 2003-01-15 Kiyomoto Tech-1:Kk 建物壁面診断ロボット及びこれを用いた建物壁面診断方法
JP5142203B2 (ja) * 2008-03-18 2013-02-13 国立大学法人北見工業大学 コンクリート構造物の診断ロボットシステム
JP5459970B2 (ja) * 2008-03-19 2014-04-02 公益財団法人鉄道総合技術研究所 構造物のモニタリングシステム
US8244486B2 (en) * 2008-10-30 2012-08-14 Acellent Technologies, Inc. Structural health monitoring system having memory on structure
DE102010053582A1 (de) * 2010-12-06 2012-06-06 Northrop Grumman Litef Gmbh System und Verfahren zur Überwachung von mechanisch gekoppelten Strukturen

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015099073A (ja) 2015-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10139308B2 (en) Physical quantity detection apparatus, measurement system, and measurement apparatus
EP2006636B1 (en) Angular velocity detecting device
JP6232961B2 (ja) 変位量検出装置、および変位量検出方法
CN103134999B (zh) 一种测量压电材料压电系数d15的准静态方法
RU2632264C1 (ru) Датчик с подвижным чувствительным элементом, работающим в смешанном вибрирующем и маятниковом режиме, и способы управления таким датчиком
JP5375624B2 (ja) 加速度センサー、及び加速度検出装置
US20150142322A1 (en) Vibration information gathering method and vibration information gathering apparatus
US11133815B2 (en) Resampling circuit, physical quantity sensor unit, inertial measurement unit, and structure monitoring device
CN110573874B (zh) 检测系统和检测方法
CN105180914A (zh) 一种面内检测的高q值隧道磁阻效应的微机械陀螺
Parisi et al. Time and frequency domain assessment of low-power MEMS accelerometers for structural health monitoring
CN104950136A (zh) 一种改进结构的压电式加速度传感器
JP2013171041A (ja) 地震監視装置、地震監視システム及び地震監視方法
CN106771366B (zh) 一种mems加速度计健康状态监测装置及监测方法
KR101727926B1 (ko) 구조물 모니터링 장치 및 구조물 모니터링 방법
CN104019886B (zh) 基于声表面波的具有温度补偿的感测振动传感结构
CN104007288B (zh) 基于声表面波的具有温度补偿的感测加速度传感器
WO2016042951A1 (ja) 位置検出システム
JP2011169671A (ja) 慣性センサー及び慣性センサー装置
US20160273916A1 (en) Inertial sensor with nested seismic masses and method for manufacturing such a sensor
CN205175411U (zh) 一种面内检测的高q值隧道磁阻效应的微机械陀螺
CN108955985B (zh) 一种可以测试多轴向力学物理量的传感器结构
CN104006875B (zh) 基于声表面波的具有温度补偿的感测振动传感器
JP5135253B2 (ja) 慣性センサおよび慣性測定装置
US20130152693A1 (en) Pressure sensor

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20160617

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20160624

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161020

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161020

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170818

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170926

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171009

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6232961

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees