JP6565283B2 - 構造物監視センサ装置、構造物監視システム、並びに監視サーバ - Google Patents
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Description
本発明に係る構造物監視センサ装置の一実施形態について説明する。本実施形態に係る構造物監視センサ装置は、センサ部及びセンサ部で得られた測定データを補正する補正データ記憶部が含まれる。
図1は、構造物監視センサ装置100を含む構造物監視システムの一態様を示す。構造物監視センサ装置100は、弾性部材156を介して構造物158に取り付けられている。構造物監視センサ装置100は、センサ部102、データ処理部104、補正データ記憶部106、データ通信部108、電源部110を含んでいる。構造物監視センサ装置100は、中継器174を介して監視サーバ160と接続されている。構造物監視センサ装置100で取得された測定データは、監視サーバ160の記録媒体180に記憶される。
図2(A)及び(B)は、本発明の一実施形態に係る構造物監視センサ装置100の取り付け形態を示す。本実施形態に係る構造物監視センサ装置100は、センサ部102、データ処理部104、補正データ記憶部106、データ通信部108を含む。図2(A)は、これら各部材がパッケージ部材112の内部に含まれる態様を模式的に示す。
図3は、本実施形態に係る構造物監視センサ装置100aの構成を示す。構造物監視センサ装置100aは、センサ部102a、データ処理部104a、データ通信部108、補正データ記憶部106、電源部110を含む。
センサ部102aは、第1のセンサ114aを含んでいる。また、センサ部102aは、第1の増幅回路116a、第1のA/D変換回路118aが含まれている。第1のセンサ114aは慣性力(加速度、角速度)、歪み、音響波、超音波、電磁波等の各物性値のいずれか一つを検知可能なセンサが適用される。第1の増幅回路116aは第1のセンサ114aから出力されるセンサ信号を増幅し、第1のA/D変換回路118aは、センサ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。なお、図3で示すセンサ部102の構成は例示であり、第1のセンサ114aから出力される信号を読み取り変換する方式は、他の構成が採用されてもよい。
データ処理部104aは、センサ部102aから出力される測定データを補正する。データ処理部104aは、入力された測定データを、補正データ記憶部106から読み出される補正データを用い、弾性部材156の影響を受けない、本来得られるべき測定データとなるように補正する。補正データ記憶部106は不揮発性メモリで構成されている。補正データ記憶部106は、第1のセンサ114aに対する補正データが記憶されている。補正データは、弾性部材156が第1のセンサ114aの測定データに影響を与えるとき、その影響による計測値のずれを校正するデータを含んでいる。
図3は、構造物監視センサ装置100aに含まれるデータ通信部108の構成を例示する。データ通信部108は、RF回路132、D/A変換回路134、高周波増幅回路136、アンテナ回路138を含んでいる。データ通信部108は、データ処理部104aで補正された測定データを監視サーバ160に送信する。RF回路132は、測定データを送信可能なフォーマットに変換し変調する機能を有する。D/A変換回路134はデジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅回路136によって送信信号を増幅し、アンテナ回路138によって送信する。また、データ通信部108は、アンテナ回路138による無線通信に代えて、有線で信号を出力するように構成されていてもよい。かかる場合、データ通信部108はケーブルと接続するコネクタが備えられていてもよい。
図3において、電源部110は、構造物監視センサ装置100の任意の構成として含まれる。電源部110は、蓄電池142、電源コントローラ144を含んでいる。蓄電池142は繰り返し充電及び放電が可能な二次電池であってもよい。電源コントローラ144は蓄電池142の充電及び放電を制御する。また、蓄電池142を充電する発電素子140が設けられていてもよい。発電素子140としては、光起電力素子(太陽電池)、振動発電機、熱電発電機などの環境発電機や、無線給電を用いることができる。
構造物監視センサ装置100aは、センサ部102aで構造物158の物性値を測定し、得られた測定データをデータ処理部104aで補正して出力する。図5は、データ処理部104aの基本的な動作をフローチャートで示す。データ処理部104aは、測定データ入力部120がセンサ部102から測定データを読み取る(S001)。また、データ処理部104aは、補正データ読取部122が補正データ記憶部106から補正データを読み出す(S002)。なお、データ処理部104aは、測定データと補正データを読み取る順番に特に限定はなく、測定データと補正データを同時に読み出してもよく、また、予め補正データを読み出しておきてもよい。データ処理部104aは、補正データを用いて測定データ補正する(S003)。そして、補正された測定データを出力する(S004)。
本実施形態は、第1の実施形態に対し、データ処理部の構成が異なる構造物監視センサ装置の構成を示す。
構造物監視センサ装置100bは、常時監視対象の構造物に対し、測定データが一定水準を超えた場合にのみ、当該測定データを出力する機能を有していてもよい。
図7は、このときのデータ処理部104bの動作をフローチャートで示す。データ処理部104bは、測定データ入力部120がセンサ部102から測定データを読み取り(S011)、補正データ読取部122が補正データ記憶部106から補正データを読みとり(S012)、補正データを用いて測定データ補正する(S013)。
本実施形態は、第1の実施形態に対し、センサ部の構成が異なる構造物監視センサ装置の構成を示す。以下では、第1の実施形態と相違する部分を中心に説明する。
図8は、構造物監視センサ装置100cにおいて、センサ部102cに複数のセンサが設けられる態様を示す。第1のセンサ114aは、構造物の状態を検知するセンサである。第1のセンサ114aは、構造物の振動、剥落、ひび割れ、歪み、位置ずれ、傾き等を、物性値の測定により検知する。第2のセンサ114bは、構造物以外の測定環境を検知するセンサである。第2のセンサ114bは温度、湿度、気圧等の環境データを測定する。
構造物監視センサ装置100cは、センサ部102cにおいて第1のセンサ114aで構造物158の状態を測定し第1の測定データを得る。また、第2のセンサ114bで測定環境を測定し第2の測定データを得る。そして、第1のセンサ114aで得られる第1の測定データをデータ処理部104cで補正して、補正された測定データを出力する。
本実施形態は、第1の実施形態に対し、センサ部の構成が異なる構造物監視センサ装置の構成を示す。以下では、第1の実施形態と相違する部分を中心に説明する。
図11は、構造物監視センサ装置100dのセンサ部102dに複数のセンサが設けられる態様を示す。第1のセンサ114a、第2のセンサ114bは第3の実施形態で示すものと同様である。本実施形態では、センサ部102dに第3のセンサ114cがさらに設けられている。第3のセンサ114cは、弾性部材156の状態を検知するセンサである。例えば、弾性部材156の物性値が経時変化するとき、第3のセンサ114cによりその物性値の変化を検出する。第3のセンサ114cは、弾性部材156の電気インピーダンス、歪み、音響波、電磁波、イオン濃度のいずれか一つを測定可能なセンサを用いる。第3のセンサ114cとしては、インピーダンスセンサ、歪みセンサ、音響センサ、イオンセンサなどが適用される。
構造物監視センサ装置100dは、センサ部102dにおいて第1のセンサ114aで構造物158の物性値を測定し、第2のセンサ114bで第1のセンサ114aが置かれた環境データを測定する。さらに、第3のセンサ114cで弾性部材156の状態(物性値)を測定し、第1のセンサ114aから得られる測定データを補正する。
本実施形態は、第1の実施形態に対し、センサ部の構成が異なる構造物監視センサ装置の構成を示す。以下では、第1の実施形態と相違する部分を中心に説明する。
図14は、参照振動発生部が設けられた構造物監視センサ装置100eの態様を示す。センサ部102a、データ通信部108、電源部110の構成は、第1の実施形態と同様である。構造物監視センサ装置100eは、参照振動発生部146を含んでいる。参照振動発生部146は、それ自体が所定の周波数で振動する。構造物監視センサ装置100eは、参照振動発生部146が振動し、センサ114aがその振動を検知する。構造物監視センサ装置100eは、参照振動発生部146の振動を基準振動として用いることで、センサ114aの補正をすることが可能となる。
構造物監視センサ装置100eは、センサ部102aにおいて第1のセンサ114aで構造物158の状態を測定する。構造物監視センサ装置100eは、参照振動発生部146を動作させて振動を発生させると共に、その振動を第1のセンサ114aで測定する。このような動作を、構造物監視センサ装置100eを弾性部材によって構造物に設置したときと、経時後に測定したときに行い、それぞれで得られる測定データを比較することで、適切な補正をすることができる。以下、その方法の一例を、図16を参照して説明する。
図16は、データ処理部104eの動作の一例を示すフローチャートである。最初に、構造物監視センサ装置100eを設置したときの測定データ(初期振動データ)を取得する(S041)。この処理では、参照振動制御部148が参照振動発生部146を一定周波数で振動させ、第1のセンサ114aでその振動を測定する。
図17は、データ処理部104eの動作の他の一例を示すフローチャートである。最初に、構造物監視センサ装置100eを設置したときの測定データ(初期振動データ)を取得する(S051)。この処理では、参照振動制御部148が参照振動発生部146を一定周波数で振動させ、第1のセンサ114aでその参照振動を測定する。また、測定対象の測定データ(振動データ)も取得する(S051)。
図18(A)〜(D)は、弾性部材の硬度の違いによる振動データと周波数スペクトルの特性を示す。なお、評価に用いたサンプルは、図18(E)で示すように、センサ114が弾性部材156を介して中コンクリート片182に取り付けられている。中コンクリート片182の表面にはプライマ184が施されている。中コンクリート片182の下側には振動子186が設けられて、中コンクリート片182全体が振動する構造を有している。センサ114は加速度センサが用いられ、X軸及びY軸(水平方向)の振動周波数を求めている。振動子186は50Hzで振動するものが用いられている。
本実施形態は、構造物監視センサ装置100で測定される測定データを、構造物監視サーバ160が受信して、当該サーパ内で測定データの補正を行う一例を示す。
Claims (16)
- 構造物に弾性部材を介して取り付けられたセンサと、前記センサによって測定された前記構造物の測定データを処理するデータ処理部と、前記弾性部材の弾性力の経時変化を補正する補正データを記憶する補正データ記憶部と、を有し、
前記データ処理部は、前記補正データ記憶部から読み出した前記補正データを用いて前記測定データを補正する
ことを特徴とする構造物監視センサ装置。 - 前記センサと前記データ処理部とは、パッケージ部材に内包され、前記構造物と前記パッケージ部材との間に前記弾性部材が設けられている、請求項1に記載の構造物監視センサ装置。
- 前記データ処理部はパッケージ部材に内包され、前記センサは前記パッケージ部材の外側に設けられている、請求項1に記載の構造物監視センサ装置。
- 前記センサが置かれた環境データを検知する第2のセンサを有する、請求項1に記載の構造物監視センサ装置。
- 前記データ処理部は、前記第2のセンサで測定された環境データによって、前記センサによって測定された前記測定データをさらに補正する、請求項4に記載の構造物監視センサ装置。
- 前記弾性部材の特性を検知する第3のセンサを有し、前記データ処理部は、前記第3のセンサの測定データに基づいて前記補正データ記憶部から前記補正データを読み出し、前記測定データを補正する、請求項1に記載の構造物監視センサ装置。
- 前記センサは、加速度、角速度、歪み、音響波、超音波、電磁波等の各物性値のいずれか一つを検知可能なセンサである、請求項1に記載の構造物監視センサ装置。
- 前記センサは、加速度センサ、角速度センサ、音響センサ、表面弾性波センサ、超音波センサ、歪みセンサ、GPS(グローバルポジションシステム)センサ、距離センサ(測距センサ)のいずれか一つを含む、請求項1に記載の構造物監視センサ装置。
- 前記補正データ記憶部に、前記補正データが暗号化されて記憶されている、請求項1に記載の構造物監視センサ装置。
- 前記弾性部材が、有機材料である、請求項1に記載の構造物監視センサ装置。
- 前記弾性部材が、接着剤である、請求項1に記載の構造物監視センサ装置。
- 前記弾性部材が、接着シートである、請求項1に記載の構造物監視センサ装置。
- 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の構造物監視センサ装置と、前記構造物監視センサ装置から出力される測定データを収集する監視サーバを含む、構造物監視システム。
- 構造物に弾性部材を介して設置された構造物監視センサ装置から出力される測定データを受信するデータ受信部と、前記測定データを補正するデータ補正部と、前記弾性部材の弾性力の経時変化を補正する補正データを記憶する補正データ記憶部と、を有し、
前記データ補正部は、前記補正データ記憶部から読み出した前記補正データを用いて前記測定データを補正する
ことを特徴とする監視サーバ。 - 前記測定データが、加速度センサ、歪みセンサ、音響センサ、表面弾性波センサ、温度センサ又は赤外線センサから出力されたデータである、請求項14に記載の監視サーバ。
- 前記補正データは、前記弾性部材が前記構造物監視センサ装置に与える影響を補正する、請求項14に記載の監視サーバ。
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