JP6414672B2 - A diagnostic device system with a self-diagnosis function and a self-diagnosis method for use in state monitoring / diagnosis of structures and facilities. - Google Patents
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Description
本発明は設備や施設などの状態監視・診断の分野において、人間が容易に届かない高所や人間にとって危険な場所などにおける診断信号を計測し、対象設備や施設の状態を効率良く監視・診断することに関するものである。 In the field of state monitoring / diagnosis of equipment and facilities, the present invention measures diagnostic signals in high places that are not easily reachable by humans and places that are dangerous for humans, and efficiently monitors and diagnoses the state of target equipment and facilities. It is about doing.
従来は設備や施設（特に大型設備・構造物）の状態監視・診断を行う場合、物理量（振動や歪など）を計測すべき箇所が多く、数多くのセンサと配線（電源・信号線）が必要であるが、ワイヤレス（無線）センサ・システムによる計測システムも多く提案されている。しかし、数多くのセンサやアンプなどにどのような手法で電源を長期間かつ確実に供給するかは大きな課題になっている。また、長期間設置されているセンサ自体に不備や故障が発生する可能性もある。たとえば、センサを固定する部分の緩み、センサを接着する接着剤の劣化、センサ自身の劣化による故障などの不具合が生じる。これらの不具合を検知しなければ、測定した信号は不備になり、誤診断をもたらすことになる。 Conventionally, when monitoring and diagnosing equipment and facilities (especially large equipment and structures), there are many places where physical quantities (vibration, strain, etc.) should be measured, and many sensors and wiring (power supply / signal lines) are required. However, many measurement systems using wireless sensor systems have been proposed. However, how to reliably supply power to a large number of sensors and amplifiers for a long period of time has become a major issue. In addition, there is a possibility that the sensor itself installed for a long time may be deficient or malfunction. For example, problems such as loosening of a portion for fixing the sensor, deterioration of an adhesive for adhering the sensor, and failure due to deterioration of the sensor itself may occur. If these faults are not detected, the measured signal will be incomplete and lead to misdiagnosis.
例えば、特許文献１には、振動発電素子と、振動センサと、無線発信手段を備えた振動センサシステムが開示されている。特許文献１のセンサシステムは、測定対象物の振動エネルギーを電力に変え、その振動をセンサで検知し、振動データを無線送信するものである。また例えば、特許文献２には、圧力変動を検知するセンサを支持基板上に載置し、その上部に電子部品素子とアンテナパターンを設けたセンサモジュールが開示されている。特許文献２のセンサモジュールによれば、圧力センサモジュールの検知信号を小さい伝送損失でアンテナから送信するものである。特許文献３は機械エネルギーを交流電力に変換する発電素子と、交流電力を直流電力に変換する変換回路とを含めて構成するもので、発電素子は、振動エネルギーを交流電力に変換する振動発電素子を用いるものである。特許文献３は構造物の振動を利用して発電し、蓄積した電気エネルギーをセンサ等に利用する。特許文献５，６は無線センサー群によるデータ収集法に関するものである。 For example, Patent Document 1 discloses a vibration sensor system including a vibration power generation element, a vibration sensor, and wireless transmission means. The sensor system of Patent Literature 1 changes vibration energy of a measurement object into electric power, detects the vibration with a sensor, and wirelessly transmits vibration data. Further, for example, Patent Document 2 discloses a sensor module in which a sensor for detecting pressure fluctuation is placed on a support substrate, and an electronic component element and an antenna pattern are provided thereon. According to the sensor module of Patent Document 2, the detection signal of the pressure sensor module is transmitted from the antenna with a small transmission loss. Patent Document 3 includes a power generation element that converts mechanical energy into AC power and a conversion circuit that converts AC power into DC power. The power generation element is a vibration power generation element that converts vibration energy into AC power. Is used. Patent Document 3 generates electric power using vibration of a structure, and uses accumulated electric energy for a sensor or the like. Patent documents 5 and 6 relate to a data collection method using a wireless sensor group.
しかしながら、特許文献１〜４に開示されたセンサ・システムは共に、対象物の振動という機械的なエネルギーを利用して発電し、センサ・システムに提供する方法であるが、振動レベルの小さい箇所においては発電に必要な機械的なエネルギーがセンサの電力供給に十分でない。また、一般に構造物や設備の振動レベルが変動するから、振動による発電で得られた電力は安定でない。電力を蓄積する装置も提案されているが、コストの増加や電力を蓄積する装置の劣化・故障も問題になる。特許文献５，６には多くの無線センサで構成される計測システムにどのように安定的な電力を提供するかを示されていない。 However, both of the sensor systems disclosed in Patent Documents 1 to 4 are methods that generate power using mechanical energy called vibration of an object and provide the sensor system with the sensor system. The mechanical energy required for power generation is not sufficient to supply the sensor power. In general, since the vibration level of the structure or equipment fluctuates, the electric power obtained by power generation by vibration is not stable. An apparatus for accumulating electric power has been proposed. However, an increase in cost and deterioration / failure of an apparatus for accumulating electric power also become problems. Patent Documents 5 and 6 do not show how to provide stable power to a measurement system composed of many wireless sensors.
また、特許文献１〜６の無線センサに異常が発生した場合、簡便に確認できる手段が示されていない。もし、センサに異常（センサを固定する部分の緩み、接続線の不良、センサを接着する接着剤の劣化、センサ自身の劣化、アンプの故障など）が発生すれば、測定した信号は不備であり、誤った診断結果をもたらすことになる。 Moreover, when abnormality occurs in the wireless sensors of Patent Documents 1 to 6, no means that can be easily confirmed is shown. If an abnormality occurs in the sensor (loose part that fixes the sensor, poor connection line, deterioration of the adhesive that bonds the sensor, deterioration of the sensor itself, malfunction of the amplifier, etc.), the measured signal is incomplete. Will lead to incorrect diagnostic results.
さらに、光電池を利用する場合、自然光が弱い箇所（トンネルの内部や橋梁の下など）や夜間において光電池の発電力が不足になる難点もある。 Furthermore, when using a photovoltaic cell, there is a problem that the photovoltaic cell generates insufficient power at places where natural light is weak (such as inside a tunnel or under a bridge) or at night.
センサの自己診断に関しては、文献７にはオフラインで負荷発生器を用い、加速度センサに直接負荷を加え、センサが正常に反応するかどうか診断する発明が開示されている。文献８にはオフラインで、加速度センサが発生すると同じ疑似信号を回路に入力し、正常に作動するかどうか診断する発明が開示されている。文献９には、加速度センサからのデータをデータベース化し、基本周波数からのズレ度合から加速度センサの異常を判断する発明が開示されている。文献１０にはオフラインで、圧電素子が発する超音波発をＡＥセンサに受信させ、この受信レベルに対応させて出力するＡＥセンサの出力レベルから異常を診断する発明が開示されている。 Regarding sensor self-diagnosis, Reference 7 discloses an invention in which a load generator is used off-line, a load is directly applied to an acceleration sensor, and whether or not the sensor responds normally is diagnosed. Document 8 discloses an invention for diagnosing whether or not the circuit operates normally by inputting the same pseudo signal to the circuit when the acceleration sensor is generated offline. Document 9 discloses an invention in which data from an acceleration sensor is made into a database and an abnormality of the acceleration sensor is determined from the degree of deviation from the fundamental frequency. Document 10 discloses an invention for diagnosing an abnormality from an output level of an AE sensor that is offline and receives an ultrasonic wave emitted from a piezoelectric element and outputs the ultrasonic wave corresponding to the received level.
これら先行技術は文献９を除き何れもオフラインでの診断であり、本願発明が対象とする橋梁やトンネルなど、オフライン化の困難な対象物の診断には適用困難である。また、文献９の診断方法はデータの真偽をチェックするのみで、これだけでセンサ異常を診断することはできない。 These prior arts are all off-line diagnoses except for Reference 9, and are difficult to apply to the diagnosis of objects that are difficult to go off-line, such as bridges and tunnels that are the subject of the present invention. Further, the diagnosis method of Document 9 only checks the authenticity of data, and it is not possible to diagnose a sensor abnormality by itself.
本発明のセンサ検査方法では、センサの近傍または外部または内部に配置・実装される負荷発生素子を用いて、検査対象のセンサが検知できる負荷（振動など）を発生することによりセンサに異常があるか否かを診断現場のオンラインで検査するものであり、文献７〜１０の方法とは異なる。 In the sensor inspection method of the present invention, a sensor is abnormal by generating a load (vibration or the like) that can be detected by the sensor to be inspected using a load generating element that is arranged or mounted in the vicinity of, outside, or inside the sensor. This is an on-line inspection at the diagnosis site, which is different from the methods of Documents 7-10.
大型構造物や設備の状態監視・診断を行うときに用いられる数多くのセンサ・システムに安定的な電力（電源）を適時に提供し、また、誤診断を防ぐために電源系統とセンサの異常を検知する有効な方法を提供する。 Providing stable power (power) in a timely manner to a large number of sensor systems used when monitoring and diagnosing the status of large structures and equipment, and detecting abnormalities in the power supply system and sensors to prevent erroneous diagnosis Provide an effective way to do.
上記に述べたような課題を解決するために、本発明では、大型構造物や設備の状態監視のための計測部分（１）に必要な電源として光電池（２）を用い、投光器（６）を用いて光電池（２）に光を照射することにより計測部分（１）に十分な電力を提供する。また、センサ（アンプや接続線を含む）（５）の異常の有無を検査するために、負荷発生素子（３，４）、無線受・発信器（７、１０）、信号取集器（１１）および状態診断器（１３）を用いてセンサ（アンプや接続線を含む）（５）の動作を診断し、異常がないと判定した後、状態監視・診断のための信号を無線受・発信器（７、１０）と信号取集器（１１）を用いて計測・収集して、状態診断器（１３）により状態診断を行う。 In order to solve the problems as described above, in the present invention, a photovoltaic cell (2) is used as a power source necessary for a measurement part (1) for monitoring the state of a large structure or facility, and a projector (6) is provided. Use to irradiate the photovoltaic cell (2) with light to provide sufficient power to the measurement part (1). Further, in order to inspect the presence or absence of abnormality of the sensor (including amplifier and connection line) (5), the load generating element (3, 4), the wireless receiver / transmitter (7, 10), the signal collector (11) ) And the condition diagnosing device (13) are used to diagnose the operation of the sensor (including amplifiers and connection lines) (5) and determine that there is no abnormality, then wirelessly receive and transmit signals for condition monitoring and diagnosis Measurement and collection are performed using the devices (7, 10) and the signal collector (11), and state diagnosis is performed by the state diagnosis device (13).
本発明によれば、大型構造物（橋梁、トンネル、建物など）や設備（配管、タンク、港湾機械など）の状態監視・診断する場合、診断信号（振動信号や歪信号など）を測定するために用いられる数多くの無線式センサに安定的な電力（電源）を適時に提供し、センサ（アンプや接続線を含む）に異常が発生したときに、その異常を検知することにより誤診断を防ぎ、電池交換やセンサ・システム検査に伴うメンテナンス作業を最小限にでき、長期間にわたって状態監視・診断装置システムの信頼性を向上することが可能となる。 According to the present invention, when monitoring and diagnosing the state of large structures (bridges, tunnels, buildings, etc.) and equipment (piping, tanks, harbor machinery, etc.), a diagnostic signal (vibration signal, strain signal, etc.) is measured. Providing stable power (power supply) to a large number of wireless sensors used in a timely manner, and detecting abnormalities in sensors (including amplifiers and connection lines) to prevent misdiagnosis Maintenance work associated with battery replacement and sensor system inspection can be minimized, and the reliability of the state monitoring / diagnostic device system can be improved over a long period of time.
図１には本発明の診断装置システムの構成要素を示す。構成要素には大きく分けて計測部分（１）と診断部分（９）からなる。 FIG. 1 shows components of the diagnostic apparatus system of the present invention. The components are roughly divided into a measurement part (1) and a diagnosis part (9).
計測部分（１）には、以下の要素が含まれるが、本発明が以下の構成要素によって限定されることはない。
（２）光電池
計測部分の各構成要素に必要な電力を供給するための光電池であり、必要な時に蓄電池を設けることもできる。
（３）負荷発生素子
センサに異常があるか否かを検査・確認するものである。すなわち、センサ（５）が負荷発生素子の負荷信号を検知でき、負荷発生素子の負荷信号を用いて、センサに異常があるか否かを検査・確認する。
（４）予備負荷発生素子
負荷発生素子の予備として用いられるものである。動作負荷発生素子が故障したとき、または負荷発生素子の負荷信号が検知できないときに、予備負荷発生素子を動作させ、負荷発生素子の負荷信号の検知を再び試みることにより、センサなどを含めた計測部分に異常があるか否かを検査・確認する。なお、予備負荷発生素子を複数設けることもできる。
（５）センサ（アンプや接続線を含む）
対象物の状態監視・診断のために、物理量の計測に用いられるものである。計測すべき物理量は診断対象によって異なるが、たとえば、振動加速度・速度・変位、歪み、温度、ＡＥなどがある。
（６）投光器
光電池（２）へ照射することにより計測部に提供する十分な電力を発生させるものである。投光器（６）は特定方向に強い光が出るような照明器具（たとえば、探照灯，サーチライト、フラッドライト，スポットライトなど）である。
（７）無線受・発信部（計測部分）
診断部分からの指令（負荷発生素子の動作開始やセンサの計測開始など）を無線で受信し、計測部分の信号（計測信号や電圧信号）を診断部分へ送信するものである。
（８）無線中継器
計測部分と診断部分が遠く離れている場合、無線信号を確実に受送信するために、無線信号を中継するものである。なお、計測部分と診断部分との距離が比較的近く、無線信号を確実に受送信できる場合は無線中継器を省くこともできる。The measurement part (1) includes the following elements, but the present invention is not limited to the following components.
(2) Photocell A photocell for supplying necessary power to each component of the measurement part, and a storage battery can be provided when necessary.
(3) Load generating element Inspects and confirms whether there is an abnormality in the sensor. That is, the sensor (5) can detect the load signal of the load generating element, and the load signal of the load generating element is used to inspect and confirm whether or not there is an abnormality in the sensor.
(4) Preliminary load generating element This is used as a spare for the load generating element. When the operating load generating element fails or when the load signal of the load generating element cannot be detected, the spare load generating element is operated and the load signal of the load generating element is retried and measurement including the sensor is performed. Inspect and confirm whether there is an abnormality in the part. A plurality of preliminary load generating elements can be provided.
(5) Sensor (including amplifier and connection line)
It is used to measure physical quantities for monitoring and diagnosing the state of an object. The physical quantity to be measured varies depending on the diagnosis target, and examples thereof include vibration acceleration / velocity / displacement, strain, temperature, and AE.
(6) Floodlight A sufficient power to be provided to the measurement unit is generated by irradiating the photovoltaic cell (2). The projector (6) is a lighting device (for example, a search light, a search light, a flood light, a spot light, etc.) that emits strong light in a specific direction.
(7) Wireless receiver / transmitter (measurement part)
A command from the diagnosis part (start of operation of load generating element, start of sensor measurement, etc.) is received wirelessly, and a signal (measurement signal or voltage signal) of the measurement part is transmitted to the diagnosis part.
(8) Radio repeater When the measurement part and the diagnostic part are far apart, the radio signal is relayed in order to reliably receive and transmit the radio signal. If the distance between the measurement part and the diagnosis part is relatively short and radio signals can be reliably received and transmitted, the radio repeater can be omitted.
診断部分（９）には、以下の要素が含まれる。
（１０）無線受・発信部（診断部分）
計測部分に指令（負荷発生素子の動作開始やセンサの計測開始など）を送信し、計測部分からの信号（計測信号や電圧信号）を受信するものである。
（１１）信号採集器
計測部分からの信号（計測信号や電圧信号）を採集・保存するものである。
（１２）制御器
対象物の状態監視・診断のために、計測部分と診断部分の動作を制御するものである。
（１３）状態診断器
計測部分からの信号（計測信号や電圧信号）に基づき、計測部分に異常があるか否かを診断し、対象物の状態を監視・診断するものである。The diagnostic part (9) includes the following elements.
(10) Wireless receiver / transmitter (diagnostic part)
A command (start of operation of load generating element, start of sensor measurement, etc.) is transmitted to the measurement part, and a signal (measurement signal or voltage signal) from the measurement part is received.
(11) Signal collector This unit collects and stores signals (measurement signals and voltage signals) from the measurement part.
(12) Controller This controls the operation of the measurement part and the diagnosis part for monitoring and diagnosing the state of the object.
(13) State diagnosis device Based on signals (measurement signals and voltage signals) from the measurement part, it is diagnosed whether there is an abnormality in the measurement part, and monitors and diagnoses the state of the object.
図２に示すように、本実施形態の流れは以下の通りである。
（ａ）光電池の電圧信号を測定し、無線受・発信部（計測部分）により診断部分へ送信する。
（ｂ）無線受・発信部（診断部分）が受信する。
（ｃ）信号採集器で電圧信号を収集した後、状態診断器により光電池の電圧値が基準値（計測部分に十分な電力を提供できる電圧値）範囲内であるか否かを検査・診断する。
（ｄ）光電池の電圧値が基準値（計測部分に十分な電力を提供できる基準値）範囲内でなければ、投光器による光電池へ照射する。
（ｅ）照射時間が規定時間（光電池の電力が十分なレベルになる照射時間）以上でなければ、（ａ）へ戻る。
（ｆ）光電池の電圧値が基準値範囲内でなく、しかも照射時間が規定時間（光電池の電力が十分なレベルになる照射時間）以上であれば、光電池系統に異常が生じた可能性があるから、光電池の修理や交換などの対策措置をとる。
（ｇ）光電池の電圧値が基準値範囲内であれば、負荷発生素子を動作させ、負荷を発生させる。
（ｈ）センサによる負荷発生素子の負荷を検知・計測し、負荷信号を無線受・発信部（計測部分）により診断部分へ送信する。
（ｉ）状態診断器が信号収集器で取集した前記の負荷信号の検査を行い、センサの動作を確認する。
（ｊ）センサ・システムに異常があるか否かを判定する。
（ｋ）センサ・システムに異常がないと判定されれば、センサで計測した状態監視・診断用の信号を無線受・発信部（診断部分）で受信し、信号採集器で計測信号を採集する。
（ｌ）状態診断器が信号収集器で取集した前記の計測信号に基づき、対象物の状態を診断する。また、診断の結果に基づき、必要な対策措置をとる。
（ｍ）センサ・システムに異常があると判定されれば、予備負荷発生素子を動作させる。
（ｎ）センサによる予備負荷発生素子の負荷信号を検知・計測し、負荷信号を無線受・発信部（計測部分）により診断部分へ送信する。
（ｏ）状態診断器が信号収集器で取集した前記の負荷信号の検査を行い、センサの動作を確認する。
（ｐ）センサ・システムに異常があるか否かを判定する。
（ｑ）センサ・システムに異常があると判定されれば、計測部分に異常発生の可能性があり、修復などの対策措置をとる。
（ｒ）センサ・システムに異常がないと判定されれば、負荷発生素子に異常発生の可能性があり、修復などの対策措置をとる。また、センサ・システムに異常がないため、（ｋ）へ進める。As shown in FIG. 2, the flow of this embodiment is as follows.
(A) The voltage signal of the photovoltaic cell is measured and transmitted to the diagnosis part by the wireless receiver / transmitter (measurement part).
(B) Received by the wireless receiver / transmitter (diagnostic part).
(C) After collecting the voltage signal with the signal collector, the state diagnosing device checks and diagnoses whether or not the voltage value of the photovoltaic cell is within the reference value (voltage value that can provide sufficient power to the measurement part). .
(D) If the voltage value of the photovoltaic cell is not within the range of the reference value (a reference value that can provide sufficient power to the measurement portion), the photovoltaic cell is irradiated by the projector.
(E) If the irradiation time is not longer than the specified time (the irradiation time at which the power of the photovoltaic cell is at a sufficient level), the process returns to (a).
(F) If the voltage value of the photovoltaic cell is not within the reference value range and the irradiation time is longer than the specified time (irradiation time at which the photovoltaic cell power is at a sufficient level), there is a possibility that an abnormality has occurred in the photovoltaic cell system. Then, take measures such as repair or replacement of photovoltaic cells.
(G) If the voltage value of the photovoltaic cell is within the reference value range, the load generating element is operated to generate a load.
(H) The load of the load generating element by the sensor is detected and measured, and the load signal is transmitted to the diagnosis part by the wireless receiving / transmitting part (measurement part).
(I) The state diagnosing device checks the load signal collected by the signal collector and confirms the operation of the sensor.
(J) It is determined whether or not there is an abnormality in the sensor system.
(K) If it is determined that there is no abnormality in the sensor system, the state monitoring / diagnosis signal measured by the sensor is received by the wireless receiver / transmitter (diagnostic part), and the measurement signal is collected by the signal collector. .
(L) The state diagnosis unit diagnoses the state of the object based on the measurement signal collected by the signal collector. Also, take necessary countermeasures based on the diagnosis results.
(M) If it is determined that there is an abnormality in the sensor system, the preliminary load generating element is operated.
(N) The load signal of the preliminary load generating element by the sensor is detected and measured, and the load signal is transmitted to the diagnosis part by the wireless receiving / transmitting part (measurement part).
(O) The state diagnosing device inspects the load signal collected by the signal collector and confirms the operation of the sensor.
(P) It is determined whether or not there is an abnormality in the sensor system.
(Q) If it is determined that there is an abnormality in the sensor system, an abnormality may occur in the measurement part, and countermeasures such as repair are taken.
(R) If it is determined that there is no abnormality in the sensor system, an abnormality may have occurred in the load generating element, and countermeasures such as repair are taken. Since there is no abnormality in the sensor system, the process proceeds to (k).
図３は、本実施形態において、投光発電手段を有するが、センサ検査手段を有しない場合の流れを示す。この場合は、図３に示すように、計測や処理の流れは図２に示した（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｋ），（ｌ）と同じである。 FIG. 3 shows a flow in the present embodiment in the case where the light projection power generation means is provided but the sensor inspection means is not provided. In this case, as shown in FIG. 3, the flow of measurement and processing is as shown in FIG. 2 (a), (b), (c), (d), (e), (f), (k), Same as (l).
図４は、本実施形態において、センサ検査手段を有するが、投光発電手段を有しない場合の流れを示す。この場合は、図４に示すように、計測や処理の流れは図２に示した（ｇ）（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）、（ｋ）、（ｌ）、（ｍ），（ｎ），（ｏ），（ｐ），（ｑ），（ｒ）と同じである。なお、この場合は、計測部分に対して投光発電手段を実施しなくても十分な電力が得られているとする。 FIG. 4 shows a flow when the sensor inspection unit is provided in the present embodiment but the light projecting power generation unit is not provided. In this case, as shown in FIG. 4, the flow of measurement and processing is (g) (h), (i), (j), (k), (l), (m), (m) shown in FIG. n), (o), (p), (q), (r). In this case, it is assumed that sufficient power is obtained even if the light projecting power generation means is not performed on the measurement portion.
前記の実施形態に従って本発明の好適な実施例について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に述べる実施例は本発明を適用した形態の例であって、本発明が以下の実施例によって限定されることはない。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings according to the above embodiment. However, the embodiment described below is an example to which the present invention is applied, and the present invention is not limited to the following embodiment.
図５は振動センサあるいはＡＥセンサ（図５の中に「振動センサｏｒＡＥセンサ」と表記する）および複数の光電池を用いた無線式診断装置システムの構成例を示す。この例では、振動センサあるいはＡＥセンサを用いて、対象物の振動信号あるいはＡＥ信号を計測することにより対象物の状態を監視・診断する例である。以下、図２に照らして、図５に示す無線式診断装置システムの動作流れを説明する。 FIG. 5 shows a configuration example of a wireless diagnostic apparatus system using a vibration sensor or an AE sensor (referred to as “vibration sensor or AE sensor” in FIG. 5) and a plurality of photocells. In this example, the state of the object is monitored and diagnosed by measuring the vibration signal or AE signal of the object using a vibration sensor or AE sensor. Hereinafter, the operation flow of the wireless diagnostic apparatus system shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG.
（ａ）光電池（２ａ）の電圧信号を測定し、無線受・発信部（７ａ）により診断部分へ送信する。
（ｂ）無線受・発信部（１０ａ）が受信する。
（ｃ）信号採集器（１１ａ）で電圧信号を収集した後、状態診断器（１３ａ）により光電池（２ａ）の電圧値が基準値（計測部分に十分な電力を提供できる電圧値）範囲内であるか否かを検査・診断する。
（ｄ）光電池（２ａ）の電圧値が基準値（計測部分に十分な電力を提供できる基準値）範囲内でなければ、投光器（６ａ）による光電池（２ａ）へ照射する。
（ｅ）照射時間が規定時間（光電池の電力が十分なレベルになる照射時間）以上でなければ、（ａ）へ戻る。
（ｆ）光電池（２ａ）の電圧値が基準値範囲内でなく、しかも照射時間が規定時間（光電池（２ａ）の電力が十分なレベルになる照射時間）以上であれば、光電池（２ａ）系統に異常が生じた可能性があるから、光電池（２ａ）の修理や交換などの対策措置をとる。
（ｇ）光電池（２ａ）の電圧値が基準値範囲内であれば、負荷発生素子である振動発生器（３ａ）を動作させる。
（ｈ）センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）による振動発生器（３ａ）の振動信号あるいはＡＥ信号（図５の中に「振動ｏｒＡＥ信号」と表記する）を検知・計測し、振動信号あるいはＡＥ信号を無線受・発信部（７ａ）により診断部分へ送信する。
（ｉ）状態診断部（１３ａ）が信号収集器（１１ａ）で取集した振動信号あるいはＡＥ信号の検査を行い、センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）の動作を確認する。
（ｊ）センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）に異常があるか否かを判定する。
（ｋ）センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）に異常がないと判定されれば、センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）で計測した状態監視・診断用の信号を診断部分の無線受・発信部（１０ａ）で受信し、信号採集器（１１ａ）で計測信号を採集する。
（ｌ）状態診断部（１３ａ）が信号収集器（１１ａ）で取集した振動信号あるいはＡＥ信号に基づき、対象物の状態を診断する。また、診断の結果に基づき、必要な対策措置をとる。
（ｍ）センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）に異常があると判定されれば、予備負荷発生素子である予備振動発生器（４ａ）を動作させる。
（ｎ）センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）による予備振動発生器（４ａ）の負荷信号（振動信号あるいはＡＥ信号）を検知・計測し、負荷信号を無線受・発信部（１０ａ）により診断部分へ送信する。
（ｏ）状態診断部（１３ａ）が信号収集器（１１ａ）で取集した負荷信号によりセンサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）の動作を確認する。
（ｐ）センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）に異常があるか否かを判定する。
（ｑ）センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）に異常があると判定されれば、修復、交換、予備センサ適用などの対策措置をとる。
（ｒ）センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）に異常がないと判定されれば、振動発生器（３ａ）に異常発生の可能性があり、修復などの対策措置をとる。また、センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）に異常がないため、センサ（振動センサあるいはＡＥセンサ）（５ａ）で計測した状態監視・診断用の信号を診断部分の無線受・発信部（１０ａ）で受信し、信号採集器（１１ａ）で計測信号（振動信号あるいはＡＥ信号）を採集するとともに、状態診断部（１３ａ）が信号収集器（１１ａ）で取集した計測信号に基づき、対象物の状態を診断する。また、診断の結果に基づき、必要な対策措置をとる。(A) The voltage signal of the photocell (2a) is measured and transmitted to the diagnosis part by the wireless receiver / transmitter (7a).
(B) Received by the wireless receiver / transmitter (10a).
(C) After the voltage signal is collected by the signal collector (11a), the voltage value of the photovoltaic cell (2a) is within the reference value (voltage value that can provide sufficient power to the measurement part) by the state diagnostic device (13a). Check and diagnose whether there is any.
(D) If the voltage value of the photovoltaic cell (2a) is not within the range of the reference value (a reference value that can provide sufficient power to the measurement part), the photovoltaic cell (2a) is irradiated by the projector (6a).
(E) If the irradiation time is not longer than the specified time (the irradiation time at which the power of the photovoltaic cell is at a sufficient level), the process returns to (a).
(F) The photovoltaic cell (2a) system if the voltage value of the photovoltaic cell (2a) is not within the reference value range and the irradiation time is equal to or longer than the specified time (irradiation time at which the power of the photovoltaic cell (2a) is at a sufficient level). Therefore, take measures such as repair or replacement of the photovoltaic cell (2a).
(G) If the voltage value of the photovoltaic cell (2a) is within the reference value range, the vibration generator (3a) that is a load generating element is operated.
(H) The vibration signal or AE signal (denoted as “vibration or AE signal” in FIG. 5) of the vibration generator (3a) by the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a) is detected and measured, and the vibration signal Alternatively, the AE signal is transmitted to the diagnosis part by the wireless reception / transmission unit (7a).
(I) The state diagnosis unit (13a) checks the vibration signal or AE signal collected by the signal collector (11a), and confirms the operation of the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a).
(J) It is determined whether or not there is an abnormality in the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a).
(K) If it is determined that there is no abnormality in the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a), the state monitoring / diagnostic signal measured by the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a) The signal is received by the receiving / transmitting unit (10a), and the measurement signal is collected by the signal collector (11a).
(L) The state diagnosis unit (13a) diagnoses the state of the object based on the vibration signal or AE signal collected by the signal collector (11a). Also, take necessary countermeasures based on the diagnosis results.
(M) If it is determined that there is an abnormality in the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a), the preliminary vibration generator (4a) that is the preliminary load generating element is operated.
(N) The load signal (vibration signal or AE signal) of the preliminary vibration generator (4a) by the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a) is detected and measured, and the load signal is transmitted by the radio reception / transmission unit (10a). Send to diagnostic part.
(O) The operation of the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a) is confirmed by the load signal collected by the state diagnosis unit (13a) by the signal collector (11a).
(P) It is determined whether or not the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a) is abnormal.
(Q) If it is determined that the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a) is abnormal, measures such as repair, replacement, and application of a spare sensor are taken.
(R) If it is determined that there is no abnormality in the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a), there is a possibility that the vibration generator (3a) is abnormal, and measures such as repair are taken. Further, since there is no abnormality in the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a), the state monitoring / diagnostic signal measured by the sensor (vibration sensor or AE sensor) (5a) is transmitted to the radio receiving / transmitting unit ( 10a), and collects the measurement signal (vibration signal or AE signal) by the signal collector (11a), and based on the measurement signal collected by the signal collector (11a) by the state diagnosis unit (13a) Diagnose the condition of things. Also, take necessary countermeasures based on the diagnosis results.
図６は振動センサあるいはＡＥセンサ（図６の中に「振動センサｏｒＡＥセンサ」と表記する）および単一光電池を用いた無線式診断装置システムの構成例を示す。この例では、図５と同様に対象物の状態を、振動センサあるいはＡＥセンサを用いて、対象物の振動信号あるいはＡＥ信号を計測することにより監視・診断する例であるが、図５の内容との違いは単一光電池を用いるところのみである。よって、図６の無線式診断装置システムの動作流れは図５と同じであるので、動作の流れの説明を省略する。 FIG. 6 shows a configuration example of a wireless diagnostic apparatus system using a vibration sensor or an AE sensor (denoted as “vibration sensor or AE sensor” in FIG. 6) and a single photocell. In this example, the state of the object is monitored and diagnosed by measuring the vibration signal or AE signal of the object using a vibration sensor or AE sensor as in FIG. The only difference is that a single photovoltaic cell is used. Therefore, since the operation flow of the wireless diagnostic apparatus system of FIG. 6 is the same as that of FIG. 5, the description of the operation flow is omitted.
センサ（５ａ）と負荷発生素子（３ａ）・予備負荷発生素子（４ａ）との位置関係を図７に示す。図７（ａ）は負荷発生素子（３ａ）と予備負荷発生素子（４ａ）を重ねてセンサの上に設置しているのを示す。図７（ｂ）は負荷発生素子（３ａ）と予備負荷発生素子（４ａ）を重ねてセンサの近傍に設置しているのを示す。図７（ｃ）は負荷発生素子（３ａ）と予備負荷発生素子（４ａ）を重ねないでセンサの近傍に設置しているのを示す。図７（ｄ）は負荷発生素子（３ａ）と予備負荷発生素子（４ａ）をセンサの内部に実装されているのを示す。 FIG. 7 shows the positional relationship between the sensor (5a) and the load generating element (3a) / preliminary load generating element (4a). FIG. 7 (a) shows that the load generating element (3a) and the preliminary load generating element (4a) are stacked on the sensor. FIG. 7B shows that the load generating element (3a) and the preliminary load generating element (4a) are overlapped and installed in the vicinity of the sensor. FIG. 7 (c) shows that the load generating element (3a) and the preliminary load generating element (4a) are installed in the vicinity of the sensor without overlapping. FIG. 7D shows that the load generating element (3a) and the preliminary load generating element (4a) are mounted inside the sensor.
図８には光電池に投光機の光を照射する前後の光電池の電圧例を示す。光電池の電圧は投光機の光を照射する前に０．７Ｖ程度であったが、投光機の光を照射した後、センサ（アンプを含む）に必要な電圧５Ｖのまで上がった。 FIG. 8 shows an example of the voltage of the photovoltaic cell before and after irradiating the photovoltaic cell with light from the projector. The voltage of the photovoltaic cell was about 0.7 V before irradiating the light from the projector, but after irradiating the light from the projector, the voltage increased to 5 V required for the sensor (including the amplifier).
図９には図７（ａ）のように負荷発生素子（振動発生器）（３ａ）と予備負荷発生素子（予備振動発生器）（４ａ）を重ねて振動センサ（加速度センサ）の上に設置している場合、加速度センサが様々な状態において、振動発生器が動作する前後に加速度センサで検知した振動信号の時系列とスペクトルの例を示す。以下これらの例について説明する。 In FIG. 9, as shown in FIG. 7 (a), the load generating element (vibration generator) (3a) and the preliminary load generating element (preliminary vibration generator) (4a) are stacked on the vibration sensor (acceleration sensor). In the case where the acceleration sensor is in various states, examples of time series and spectra of vibration signals detected by the acceleration sensor before and after the vibration generator operates are shown. These examples will be described below.
図９（ａ），（ｂ）は振動発生器が動作する前に加速度センサで計測した時系列波形とスペクトルである。このとき、センサに異常が生じているか否かは分からない。 FIGS. 9A and 9B are time series waveforms and spectra measured by the acceleration sensor before the vibration generator operates. At this time, it is not known whether an abnormality has occurred in the sensor.
図９（ｃ），（ｄ）は振動発生器が動作した後、加速度センサで計測した時系列波形とスペクトルであり、センサに異常が発生していない例である。このとき、異常が発生していない根拠は、スペクトルのグラフにおいて、１５０Ｈｚの処に２ｍｖのピーク値があることである。 FIGS. 9C and 9D are time-series waveforms and spectra measured by the acceleration sensor after the vibration generator operates, and are examples in which no abnormality has occurred in the sensor. At this time, the reason that no abnormality has occurred is that there is a peak value of 2 mv at 150 Hz in the spectrum graph.
図９（ｅ），（ｆ）は振動発生器が動作した後、加速度センサで計測した時系列波形とスペクトルであり、センサに異常が発生している例（加速度センサのマグネット台座が緩んでいる例）である。このとき、異常が発生した根拠は、この時のスペクトルが正常時のスペクトル（ｄ）に比べて、大きく変化したことである。すなわち、１２０Ｈｚの処に２ｍｖのピーク値があることである。 FIGS. 9E and 9F are time-series waveforms and spectra measured by the acceleration sensor after the vibration generator is operated, and an example in which an abnormality occurs in the sensor (the magnet base of the acceleration sensor is loose). Example). At this time, the basis for the occurrence of abnormality is that the spectrum at this time has changed significantly compared to the spectrum (d) at the normal time. That is, there is a peak value of 2 mv at 120 Hz.
図９（ｇ），（ｈ）は振動発生器が動作した後、加速度センサで計測した時系列波形とスペクトルであり、センサに異常が発生している例（加速度センサが測定箇所から完全に脱落した例）である。このとき、異常が発生した根拠は、この時のスペクトルが正常時のスペクトル（ｄ）に比べて、大きく変化したことである。すなわち、１３７Ｈｚの処に２６．９ｍｖのピーク値があることである。 FIGS. 9 (g) and 9 (h) are time-series waveforms and spectra measured by the acceleration sensor after the vibration generator is operated, and an example in which an abnormality has occurred in the sensor (the acceleration sensor is completely dropped from the measurement location). Example). At this time, the basis for the occurrence of abnormality is that the spectrum at this time has changed significantly compared to the spectrum (d) at the normal time. That is, there is a peak value of 26.9 mv at 137 Hz.
図９（ｇ），（ｈ）は振動発生器が動作した後、加速度センサで計測した時系列波形とスペクトルであり、センサに異常が発生している例（加速度センサの接続線の接触不良が発生例）である。このとき、異常が発生した根拠は、この時のスペクトルが正常時のスペクトル（ｄ）に比べて、大きく変化したことである。すなわち、このときのスペクトルは、正常時のスペクトルにある１５０Ｈｚの処の２ｍｖのピーク値が無くなっていることである。 FIGS. 9G and 9H are time-series waveforms and spectra measured by the acceleration sensor after the vibration generator is operated, and an example in which an abnormality occurs in the sensor (the contact failure of the connection line of the acceleration sensor is shown). Occurrence example). At this time, the basis for the occurrence of abnormality is that the spectrum at this time has changed significantly compared to the spectrum (d) at the normal time. That is, the spectrum at this time is the absence of the 2 mv peak value at 150 Hz in the normal spectrum.
図１０には図７（ａ）のように負荷発生素子（振動発生器）（３ａ）と予備負荷発生素子（予備振動発生器）（４ａ）を重ねないでＡＥセンサの近傍に設置している場合、ＡＥセンサが様々な状態において、振動発生器が動作する前後にＡＥセンサで検知したＡＥ信号の時系列とスペクトルの例を示す。以下これらの例について説明する。 In FIG. 10, as shown in FIG. 7A, the load generating element (vibration generator) (3a) and the preload generating element (preliminary vibration generator) (4a) are installed in the vicinity of the AE sensor without overlapping. In the case where the AE sensor is in various states, an example of the time series and spectrum of the AE signal detected by the AE sensor before and after the vibration generator operates is shown. These examples will be described below.
図１０（ａ），（ｂ）は振動発生器が動作する前にＡＥセンサで計測した時系列波形とスペクトルである。このとき、センサに異常が生じているか否かは分からない。 FIGS. 10A and 10B are time series waveforms and spectra measured by the AE sensor before the vibration generator operates. At this time, it is not known whether an abnormality has occurred in the sensor.
図１０（ｃ），（ｄ）は振動発生器が動作した後、ＡＥセンサで計測した時系列波形とスペクトルであり、センサに異常が発生していない例である。このとき、異常が発生していない根拠は、スペクトルのグラフにおいて、６２ｋＨｚの処に１２ｍｖのピーク値があることである。 FIGS. 10C and 10D are time-series waveforms and spectra measured by the AE sensor after the vibration generator operates, and are examples in which no abnormality has occurred in the sensor. At this time, the reason that no abnormality has occurred is that there is a 12 mv peak value at 62 kHz in the spectrum graph.
図１０（ｅ），（ｆ）は振動発生器が動作した後、ＡＥセンサで計測した時系列波形とスペクトルであり、センサに異常が発生している例（ＡＥセンサと被測体との間に接触不良が発生した例）である。このとき、異常が発生した根拠は、この時のスペクトルが正常時のスペクトル（ｄ）に比べて、大きく変化したことである。すなわち、６９ｋＨｚの処に１．９ｍｖの最大なピーク値があることである。 FIGS. 10E and 10F are time-series waveforms and spectra measured by the AE sensor after the vibration generator operates, and an example in which an abnormality occurs in the sensor (between the AE sensor and the measured object). Is an example of contact failure. At this time, the basis for the occurrence of abnormality is that the spectrum at this time has changed significantly compared to the spectrum (d) at the normal time. That is, there is a maximum peak value of 1.9 mv at 69 kHz.
図１０（ｇ），（ｈ）は振動発生器が動作した後、ＡＥ度センサで計測した時系列波形とスペクトルであり、センサに異常が発生している例（ＡＥセンサの接続線の接触不良が発生例）である。このとき、異常が発生した根拠は、この時のスペクトルが正常時のスペクトル（ｄ）に比べて、大きく変化したことである。すなわち、２３ｋＨｚの処に０．１５ｍｖの最大なピーク値があることである FIGS. 10 (g) and 10 (h) are time-series waveforms and spectra measured by the AE degree sensor after the vibration generator is operated, and an example in which an abnormality occurs in the sensor (contact failure of the connection line of the AE sensor). Is an example). At this time, the basis for the occurrence of abnormality is that the spectrum at this time has changed significantly compared to the spectrum (d) at the normal time. That is, there is a maximum peak value of 0.15 mV at 23 kHz.
Claims (4)
前記計測部分においては、
物理量を計測するためのセンサと、
前記計測部分に電力を供給する光電池と、
前記センサで計測した信号および前記光電池の電圧信号を無線で発信することが可能で、無線信号を受信できる無線受・発信部と、
前記光電池に電力を発生させる投光器と、
前記センサにテスト信号を与える負荷発生素子と、
を備え、
前記診断部分においては、
前記計測部分に無線で指令を送信し、前記計測部分からの信号を受信する無線受・発信部と、
前記計測部分と前記診断部分の動作を制御する制御器と、
前記計測部分からの信号に基づき、前記計測部分に提供すべき電力が十分であるか否か、および前記センサに異常があるか否かを診断し、対象物の状態を監視・診断する状態診断部と、
を備えることを特徴とする設備や構造物の状態監視・診断を行うための無線式診断装置システム。A wireless diagnostic device system for monitoring and diagnosing the state of equipment and structures, comprising a measurement part and a diagnostic part,
In the measurement part,
A sensor for measuring physical quantities;
A photovoltaic cell for supplying power to the measurement part;
A wireless receiver / transmitter that can wirelessly transmit the signal measured by the sensor and the voltage signal of the photovoltaic cell, and can receive a wireless signal;
A projector for generating electric power in the photovoltaic cell;
A load generating element for providing a test signal to the sensor;
With
In the diagnostic part,
A wireless receiver / transmitter for transmitting a command wirelessly to the measurement part and receiving a signal from the measurement part;
A controller for controlling the operation of the measurement part and the diagnostic part;
State diagnosis for diagnosing whether or not there is sufficient power to be provided to the measurement part based on a signal from the measurement part, and whether or not the sensor is abnormal, and monitoring and diagnosing the state of the object And
A wireless diagnostic apparatus system for monitoring and diagnosing the state of facilities and structures.
請求項２に記載の投光発電方法により前記計測部分に電力を発生・供給する工程と、
請求項３に記載の光発電検査方法により前記光電池の発電量を検査・診断し、前記投光器を用いて前記光電池に光を照射することにより十分な電力を発生させる工程と、
前記負荷発生素子から発生した負荷信号に基づき、前記センサの良否を検査・診断する工程と、
前記光電池の発電電圧が規定値に達したこと、および前記センサに異常がないことが確認できた後、前記計測部分と前記診断部分との相互通信により対象物の状態監視・診断を行う工程と、
を有することを特徴とする対象物の状態監視・診断方法。In the state monitoring / diagnosis of the object using the wireless diagnostic apparatus system according to claim 1,
Generating and supplying electric power to the measurement portion by the floodlight generation method according to claim 2;
Inspecting and diagnosing the power generation amount of the photovoltaic cell by the photovoltaic generation inspection method according to claim 3, and generating sufficient electric power by irradiating the photovoltaic cell with light using the projector;
Inspecting and diagnosing the quality of the sensor based on a load signal generated from the load generating element;
A step of monitoring and diagnosing the state of an object by mutual communication between the measurement part and the diagnostic part after confirming that the generated voltage of the photovoltaic cell has reached a specified value and that the sensor is normal. ,
A state monitoring / diagnosis method for an object characterized by comprising:
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