JP7270189B2 - Conversion factor calculation method - Google Patents
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Description
本発明は、支柱に設置された情報板の取付状態の異常診断を行う情報板の異常検出システムに適用される変換係数算出方法に関する。 The present invention relates to a conversion factor calculation method applied to an information board abnormality detection system for diagnosing an abnormality in the mounting state of an information board installed on a post.
支柱に設置された情報板の取付状態を検出する方法としては、検査員による定期検査により、目視あるいは何らかの計器を用いて行われることが主流であった。また、取付状態の異常診断対象である情報板に経年的に発生する亀裂に関して、定量的な検査を、簡単かつ迅速に行う従来技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 As a method of detecting the mounting state of the information board installed on the pillar, the main method was to perform a periodic inspection by an inspector visually or using some kind of measuring instrument. Further, there is disclosed a conventional technique for simply and quickly quantitatively inspecting cracks that occur over time in an information board, which is an object of abnormality diagnosis of the mounting state (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1では、紫外線または青色系可視光などの励起光によって発光する蛍光色素を、異常診断対象である情報板にあらかじめ混入させている。そして、この情報板に紫外線または青色系可視光などを発光する光源を照射し、目視あるいはCCDカメラ等による撮像画像の解析処理により、亀裂の発生を定量的に判断している。
In
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献1では、取付状態の定量的な異常診断を可能にしてはいるものの、あくまでも、検査員による定期検査を基本としている。さらに、特許文献1は、異常診断対象の情報板に対して、蛍光色素をあらかじめ混入させておく必要があった。
However, the prior art has the following problems.
In
一方、近年では、情報板の取付状態の異常診断を定期検査よりも短い周期で、検査員を介さずに無人で行うことのできる異常診断システムが望まれている。また、支柱に設置された情報板の取付状態の劣化を、定量的に長期間にわたって診断する必要性も高まっている。さらに、新規の情報板だけでなく、既存の情報板に対しても、容易に対応できることが望まれる。 On the other hand, in recent years, there has been a demand for an abnormality diagnosis system capable of diagnosing the mounting state of the information plate in a shorter cycle than the periodical inspection and without the intervention of an inspector. In addition, there is an increasing need to quantitatively diagnose the deterioration of the installation state of the information board installed on the post over a long period of time. Furthermore, it is desired that the existing information boards as well as the new information boards can be easily handled.
情報板の蓄積疲労の検出に当たっては、情報板が取り付けられる支柱に印加される繰り返し応力を正確に測定・計数し、支柱に印加された繰り返し応力履歴分析結果から、過去の蓄積疲労、および未来の蓄積疲労の予測を行うことができる。 Accurately measure and count the repeated stress applied to the posts on which the information boards are installed to detect the accumulated fatigue of the information boards. Prediction of cumulative fatigue can be made.
支柱に印加される応力を測定するには、歪みゲージなどを用いる。しかしながら、歪みゲージは、その性質上、耐久性に乏しく、長期にわたる測定には適さない欠点がある。 A strain gauge or the like is used to measure the stress applied to the strut. However, strain gauges are inherently poor in durability and have the drawback of being unsuitable for long-term measurements.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、加速度情報と歪み情報とを関連付ける変換係数を高精度に算出することができる変換係数算出方法を得ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a conversion coefficient calculation method capable of calculating a conversion coefficient that associates acceleration information and strain information with high accuracy. .
本発明に係る変換係数算出方法は、支柱、あるいは支柱に取り付けられた情報板に設置され、加速度情報を測定する加速度センサと、加速度センサにより測定された加速度情報から、支柱へ印加される応力を推定することで、情報板の蓄積疲労を検出する診断部と、支柱の応力が集中する部位、あるいはその近辺における歪み情報を一時的に測定する歪み測定センサと、を備えた情報板の異常検出システムにおいて、診断部により、加速度情報から歪み情報へ変換する変換係数を推定するための変換係数算出方法であって、加速度センサにより測定された加速度情報と、歪み測定センサにより測定された歪み情報とを同時刻で所定期間取得し、加速度情報の時系列データおよび歪み情報の時系列データを取得する第1ステップと、加速度情報の時系列データおよび歪み情報の時系列データの両方に対して、支柱の一次共振周波数を包含する同一特性の狭帯域バンドパスフィルタ処理を施すことで、フィルタ処理後の加速度情報の時系列データおよびフィルタ処理後の歪み情報の時系列データを生成する第2ステップと、フィルタ処理後の加速度情報の時系列データと、フィルタ処理後の歪み情報の時系列データとに基づいて、加速度情報と歪み情報との回帰直線を算出することで、変換係数を推定する第3ステップと、を有するものである。 The conversion coefficient calculation method according to the present invention includes an acceleration sensor installed on a support or an information board attached to the support and measuring acceleration information, and a stress applied to the support based on the acceleration information measured by the acceleration sensor. Abnormality detection of an information board provided with a diagnostic unit that detects accumulated fatigue of the information board by estimating, and a strain measurement sensor that temporarily measures strain information at or near a stress-concentrated portion of the strut In a system, a conversion coefficient calculation method for estimating a conversion coefficient for converting acceleration information to strain information by a diagnosis unit, comprising acceleration information measured by an acceleration sensor and strain information measured by a strain measurement sensor are obtained at the same time for a predetermined period to obtain the time-series data of the acceleration information and the time-series data of the strain information, and for both the time-series data of the acceleration information and the time-series data of the strain information, a second step of generating time-series data of acceleration information after filtering and time-series data of strain information after filtering by performing narrowband bandpass filtering with the same characteristics including the primary resonance frequency; A third step of estimating a conversion coefficient by calculating a regression line between the acceleration information and the strain information based on the filtered time-series data of the acceleration information and the filtered time-series data of the strain information. and
本発明によれば、時間ずれ、位相差の影響を除去し、設置環境に応じた変換係数を適切に算出する方法を備えている。この結果、加速度情報と歪み情報とを関連付ける変換係数を高精度に算出することができる変換係数算出方法を得ることができる。 According to the present invention, there is provided a method of removing the effects of time lag and phase difference and appropriately calculating conversion coefficients according to the installation environment. As a result, it is possible to obtain a conversion coefficient calculation method capable of calculating a conversion coefficient that associates acceleration information and strain information with high accuracy.
以下、本発明の情報板の変換係数算出方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
本発明は、支柱に印加される応力に基づいて情報板の蓄積疲労を求めることで、情報板の取付状態の異常診断を行うシステムに適用される変換係数算出方法に関するものである。このような加速度センサを用いた情報板の疲労予測システムでは、加速度-応力の変換係数を如何に正確に算出できるかが、性能を左右する。本発明では、加速度情報と歪み(応力)情報との関係性を、誤差要因の除去後に算出しているため、極めて精度の高い変換係数を算出することができる点を技術的特徴としている。
A preferred embodiment of the conversion coefficient calculation method for information boards according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
The present invention relates to a conversion factor calculation method applied to a system for diagnosing abnormalities in the mounting state of an information plate by obtaining the accumulated fatigue of the information plate based on the stress applied to the post. In the information board fatigue prediction system using such an acceleration sensor, the performance depends on how accurately the acceleration-stress conversion coefficient can be calculated. A technical feature of the present invention is that the relationship between acceleration information and strain (stress) information is calculated after error factors have been removed, so conversion coefficients can be calculated with extremely high accuracy.
事前に一時的に設置した歪みゲージの測定値と、加速度情報の測定値との相関関係を正確に分析しておき、実運用中には、歪みゲージを用いることなく、加速度情報の測定値と、事前に分析した相関関係から、支柱に印加される応力を高精度に推定して蓄積疲労を求めることができる。 Accurately analyze the correlation between the measured value of the temporarily installed strain gauge and the measured value of the acceleration information in advance. From the previously analyzed correlations, the stresses applied to the struts can be estimated with high accuracy to determine the accumulated fatigue.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1において、異常診断対象である構造物を示した説明図であり、(A)が正面図、(B)が支柱の根元部分の拡大図である。この図1において、取付状態の診断対象である構造物は、支柱2の上方部分に情報板1が取り付けられることで構成されている。情報板1としては、例えば、道路に設置された道路情報板が挙げられ、歩行者あるいはドライバは、道路情報板を視認することで、必要な情報を取得することができる。
1A and 1B are explanatory diagrams showing a structure to be subjected to abnormality diagnosis according to
支柱2の上部に情報板1が設置された構造物は、上部荷重を持つこととなる。従って、支柱2は、外力による繰り返し応力の加振により疲労が進行し、損傷に至る場合がある。支柱2の致命的損傷を防止するためには、支柱2の蓄積疲労を観測し、支柱2の寿命を知ることが重要である。
A structure in which the
上述したように、支柱に印加される応力を測定するには、歪みゲージを用いることが考えられる。しかしながら、歪みゲージは、その性質上、耐久性に乏しく、長期にわたる測定には適していない。そして、耐久性を考慮すると、加速度センサを代用することが考えられる。 As noted above, strain gauges may be used to measure the stress applied to the struts. However, strain gauges are inherently less durable and are not suitable for long-term measurements. Considering durability, it is conceivable to substitute an acceleration sensor.
ここで、加速度から蓄積疲労を正確に測定するには、加速度センサにより測定された加速度情報から、支柱の応力集中部に印加される応力を正確に算出しなければならない。しかしながら、情報板1と支柱2を備えた同じような構造物でも、個体差や僅かな設計の違いによって、加速度と応力との関係性は異なってくる。
Here, in order to accurately measure accumulated fatigue from acceleration, it is necessary to accurately calculate the stress applied to the stress concentrated portion of the strut from the acceleration information measured by the acceleration sensor. However, even with the same structure including the
そこで、本発明では、以下のような構成を採用することで、蓄積疲労の測定精度の向上と、センサの耐久性の向上とを兼ね備えた情報板の異常検出システムを実現している。
(構成1)通常の運用時には、加速度センサ20を用いて蓄積疲労を推定する構成を備えている。この構成により、センサの耐久性向上を図っている。
Therefore, in the present invention, by adopting the configuration described below, an abnormality detection system for an information board is realized that improves both the accuracy of measurement of accumulated fatigue and the durability of the sensor.
(Configuration 1) A configuration is provided in which accumulated fatigue is estimated using the
(構成2)実運用前の事前準備段階において、蓄積疲労の測定対象である支柱の応力集中部、あるいはその近辺に対して歪み測定センサ40を設置可能とし、加速度センサ20と歪み測定センサ40とで同時測定を行うことで、両者の相関関係を正確に求める構成を備えている。この構成により、実運用中に歪み測定センサ40を用いることなく、加速度センサ20の測定結果から、支柱の応力集中部に印加される応力を正確に算出することができる。
(Configuration 2) In the preliminary preparation stage before actual operation, the
図1に示すように、本実施の形態1に係る情報板の異常検出システムは、支柱2の頭頂部に加速度センサ20を設置し、加速度センサ20により測定される加速度情報を中継装置30により処理することで、構成1を実現している。
As shown in FIG. 1, in the information board abnormality detection system according to the first embodiment, an
また、図1に示すように、本実施の形態1に係る情報板の異常検出システムは、支柱2の応力集中部、あるいはその近辺に歪み測定センサ40を実運用前の事前準備段階において一時的に設置する。ここで、歪み測定センサ40は、支柱2の応力集中部、あるいはその近辺において、圧迫による摩擦力で保持可能に設置できる。そして、事前準備段階において、同じタイミングで、加速度センサ20により測定される加速度情報と、歪み測定センサ40により測定される応力集中部の歪み情報とを、所定期間にわたって中継装置30に読み込み、両者の相関関係を正確に求めることで、構成2を実現している。
Further, as shown in FIG. 1, in the information board abnormality detection system according to the first embodiment, a
次に、本実施の形態1に係る情報板の異常検出システムの構成について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の実施の形態1に係る情報板の異常検出システムの構成図である。本実施の形態1における情報板の異常検出システムは、データ処理装置10、加速度センサ20、中継装置30、およびN個(Nは、整数)の歪み測定センサ40(1)~40(N)を備えて構成されている。
Next, the configuration of the information board abnormality detection system according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a configuration diagram of an information board abnormality detection system according to
なお、本実施の形態1における情報板の異常検出システムでは、最低限、1個の歪み測定センサ40を仮設置すれば、加速度情報と歪み情報とを相関関係を求めることが可能である。また、複数用いる場合のN個の歪み測定センサのそれぞれの機能は、全て共通である。そこで、以下の説明では、それぞれの歪み測定センサを区別する必要がない場合には、(1)~(N)の添字を用いずに、単に歪み測定センサ40と記載する。
In the information board abnormality detection system according to
加速度センサ20は、センサ部21と、加速度情報出力部22を有しており、支柱2の頭頂部に設置されている。なお、加速度センサ20の設置位置は、支柱2の頭頂部には限定されず、支柱2の頭頂部以外の位置、あるいは支柱2に取り付けられている情報板1に設置することも可能である。
The
一般的に、加速度センサ20は、歪み測定センサ40と比較して長寿命であり、実運用時における異常判定は、加速度センサ20により測定される加速度情報のみを用いて行われる。
Generally, the
センサ部21は、例えば、薄膜の水晶振動子を用いる3軸加速度センサである。また、加速度情報出力部22は、支柱2の頭頂部における3軸の加速度に関するアナログ信号を、所定のサンプリングレート(例えば、50Hzのサンプリングレート)でデジタル信号に変換し、加速度情報として中継装置30へ送信する。
The
一方、歪み測定センサ40は、異常検出装置の運転を開始する前に、支柱2の応力集中部、あるいは、その近辺において一時的に保持可能に設置されている。なお、応力集中部とは、応力が集中する部位あるいはその近傍を含む位置の総称である。さらに、歪み測定センサ40は、中継装置30と接続可能となっている。
On the other hand, the
センサ部41は、例えば、摩擦型歪みゲージを用いた応力測定を可能とする。また、歪み情報出力部42は、センサ部41で検出されたアナログ信号を、所定のサンプリングレート(例えば、50Hzのサンプリングレート)でデジタル信号に変換し、歪み情報として中継装置30へ送信する。
The
中継装置30は、図1に示したように、支柱2に取り付けられている。そして、中継装置30は、加速度センサ20内の加速度情報出力部22から受信した加速度情報、および歪み測定センサ40内の歪み情報出力部42から受信した歪み情報に基づいて、加速度情報と歪み情報とを相関関係を求める。
The
より具体的には、中継装置30は、歪み測定センサ40が一時的に設置された状態において、加速度センサ20により測定された加速度情報と、歪み測定センサ40により測定された歪み情報とを同時刻で取得し、加速度情報と歪み情報との相関関係を算出する。ここでの相関関係とは、加速度情報から歪み情報へ変換する変換式または変換係数のことである。
More specifically, the
なお、図1に示したように、応力集中部に複数の歪み測定センサ40を設置した場合には、それぞれの設置場所に応じた適切な相関関係を求めることができる。
In addition, as shown in FIG. 1, when a plurality of
中継装置30は、事前に算出した相関関係を用いることで、歪み測定センサ40が取り除かれた後は、加速度センサにより測定された加速度情報を歪み情報に変換することができる。そして、中継装置30は、変換して生成した歪み情報を、加速度情報を取得した時間情報とともに記憶部に順次記憶させる。また、中継装置30は、歪み情報を生成するごとに、歪み情報および時間情報をデータ処理装置10に送信する。
By using the correlation calculated in advance, the
データ処理装置10内の診断部11は、中継装置30から受信した歪み情報および時間情報に基づいて、診断対象である支柱2の蓄積疲労を推定し、正常であるか異常であるかを判断する。また、データ処理装置10は、歪み情報および測定時間情報を長期にわたって保存する必要がある場合には、大容量の記憶部に保存させておくことも可能である。
Based on the strain information and time information received from the
このように、中継装置30は、異常検出装置の運転を開始する前に、加速度情報と歪み情報を一定時間、同時測定して、両者の対応関係を分析することで、加速度から応力へ変換するための変換式あるいは変換係数を、設置環境に応じた適切な値として算出することができる。この結果、構造物の個体差による加速度と応力との関係を吸収し、安定した診断性能を発揮できる情報板の異常検出システムを実現できる。
In this way, the
このような蓄積疲労に基づく一連の異常診断手法を、図3~図5に基づいて、以下に説明する。図3は、本発明の実施の形態1に係る情報板の異常検出システムにおいて実行される一連の歪みと加速度との相関関係の測定処理を示したフローチャートである。また、図4は、本発明の実施の形態1における加速度情報と歪み情報との相関関係の一例を示した図である。また、図5は、本発明の実施の形態1に係る情報板の異常検出システムにおいて実行される一連の異常検出処理を示したフローチャートである。
A series of abnormality diagnosis techniques based on such accumulated fatigue will be described below with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a series of processes for measuring the correlation between strain and acceleration executed in the information board abnormality detection system according to the first embodiment of the present invention. Moreover, FIG. 4 is a diagram showing an example of the correlation between acceleration information and strain information in
なお、図3に示したステップS301~ステップS308は、いずれも実運用前の事前準備段階で行われるステップであり、オペレータによる処理と、異常検出システムで実行される処理の両方が含まれている。 Note that steps S301 to S308 shown in FIG. 3 are all steps performed in the preparatory stage before actual operation, and include both processing by the operator and processing performed by the anomaly detection system. .
ステップS301において、オペレータは、歪み測定センサ40を応力集中部、あるいはその近辺に設置する。さらに、ステップS302において、オペレータは、歪み測定センサを中継装置30に接続する。この結果、ステップS303において、コネクションが確立し、中継装置30は、一時的に設置された歪み測定センサ40から出力される歪み情報を読み取ることができるようになる。
In step S301, the operator installs the
次に、ステップS304において、中継装置30は、加速度情報と歪み情報を同時測定し、測定結果を記憶部に順次記憶させる。なお、このステップS304における同時測定に当たって、オペレータは、意図的に支柱2を加振してもよい。そして、ステップS305において、中継装置30は、所定時間が経過することで、同時測定を終了する。
Next, in step S304, the
次に、ステップS306において、中継装置30は、ステップS304における測定結果を分析することで、加速度情報と歪み情報との相関関係を示す変換係数を算出する。なお、ステップS304で得られた測定結果は、横軸を加速度、縦軸を歪みとした平面にプロットすると、一例として、図4のような関係が得られる。従って、中継装置30は、ステップS304で得られた測定結果から、加速度を歪みに変換するための変換係数を算出することができる。
Next, in step S306, the
次に、ステップS307において、オペレータは、一時的に接続した中継装置30と歪み測定センサ40とのコネクションを解除する。さらに、ステップS308において、オペレータは、変換係数を算出するために一時的に設置していた歪み測定センサ40を支柱2から取り外し、一連処理を終了する。
Next, in step S<b>307 , the operator disconnects the temporarily connected
なお、上述した図3のフローチャートの説明では、歪み情報を取得した中継装置30が、変換係数を算出する構成であった。しかしながら、本発明は、このような構成に限定されるものではない。一時的に設置する歪み測定センサ40側に演算処理部を設け、中継装置30を介して加速度情報を取得することで、演算処理部内で変換係数を算出し、算出した変換係数を中継装置30に返送する構成とすることも可能である。
Note that in the above description of the flowchart of FIG. 3, the
また、中継装置30は、変換式または変換係数を算出するに当たり、以下のようなフィルタリング処理を実施することも可能である。すなわち、中継装置30は、取得した加速度情報および歪み情報に対して、不要な高周波成分、および誤差要因となる低周波成分を除去するフィルタリング処理を実行した後に、両者の相関関係の算出結果を用いて、変換式または変換係数を推定することができる。このようなフィルタリング処理を行うことで、相関関係をより高精度に算出することが可能となる。
Further, the
次に、図5のフローチャートを用いて、一連の異常検出処理の流れを説明する。ステップS501において、中継装置30は、加速度センサ20から加速度情報を取得する。次に、ステップS502において、中継装置30は、事前に求めておいた変換係数を用いて、ステップS501で取得した加速度情報を歪みに変換する。
Next, the flow of a series of abnormality detection processing will be described using the flowchart of FIG. In step S<b>501 , the
そして、ステップS503において、中継装置30は、変換された歪みに基づいて、情報板1および支柱2からなる構造物の蓄積疲労を算出することで、情報板の異常診断を行う。
Then, in step S503, the
以上のように、実施の形態1によれば、長期にわたる測定には適さない歪み測定センサを一時的に設置し、加速度から歪みに変換するための変換係数を算出し、実運用中には、加速度センサから取得した加速度情報を、事前に算出した変換係数を用いて歪みに変換できる構成を備えている。この結果、長期にわたる測定に適した加速度センサを用いた上で、診断対象である構造物の蓄積疲労を正確に算出することができる。換言すると、支柱に印加される応力に基づいて、情報板の蓄積疲労を、長期間にわたり、検査員よる定期検査を必要とせずに、定量的に診断することのできる情報板の異常診断システムを実現できる。
As described above, according to
実施の形態2.
本実施の形態2では、加速度と歪みの同時測定結果に基づいて、変換係数を求める2つの具体的な手法について説明する。なお、それぞれの手法に共通する前処理として、測定対象物の共振周波数近辺の成分のみを、ディジタルフィルタにより抽出している。
In the second embodiment, two specific methods for obtaining conversion coefficients based on the results of simultaneous measurement of acceleration and strain will be described. As preprocessing common to each method, only the components near the resonance frequency of the object to be measured are extracted by a digital filter.
<第1の手法>
第1の手法について、図6、図7を用いて説明する。図6は、本発明の実施の形態2における加速度と歪みの同時測定結果に基づいて、変換係数を求める第1の手法の一連処理を示したフローチャートである。また、図7は、本発明の実施の形態2に係る第1の手法における各段階の処理を示した説明図であり、(A)~(G)に分けて示されている。
<First method>
The first method will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. FIG. 6 is a flow chart showing a series of processes of the first method for obtaining conversion coefficients based on the results of simultaneous measurement of acceleration and strain in
ステップS601において、中継装置30は、加速度と歪みの同時測定を、所定時間実施する。この処理は、先の図3におけるステップS304およびステップS305の処理に相当する。同時に取得した生波形の例が、図7(A)に示されている。
In step S601, the
次に、ステップS602において、中継装置30は、FFT処理を実行することで、加速度と歪みに関する共振周波数を取得する。共振周波数を求めた波形の例が、図7(B)に示されている。
Next, in step S602, the
次に、ステップS603において、中継装置30は、ステップS602で求めた共振周波数が明らかに異なっている場合には、測定失敗と判断し、ステップS601およびステップS602の処理をやり直すこととなる。
Next, in step S603, if the resonance frequencies obtained in step S602 are clearly different, the
次に、ステップS604において、中継装置30は、加速度の時系列データおよび歪みの時系列データのそれぞれに対して、ディジタルフィルタによるバンドパスフィルタ処理を行い、共振周波数周辺の成分のみを抽出する。ここで、加速度の時系列データおよび歪みの時系列データのそれぞれに対して施すバンドパスフィルタ処理は、支柱2の一次共振周波数を包含する同一特性の狭帯域バンドパスフィルタ処理に相当する。共振周波数周辺の成分のみを抽出した波形の例が、図7(C)に示されている。
Next, in step S604, the
次に、ステップS605において、中継装置30は、バンドパスフィルタ処理を施した後の加速度の時系列データに対して、バンドパスフィルタ処理を施した後の歪みの時系列データを、時間方向に所定期間の範囲で1サンプリングずつずらし、相互相関係数を算出する。時間方向にずらしていく状態の例が、図7(D)に示されており、相互相関係数が最も高くなった状態の例が、図7(E)に示されている。
Next, in step S605, the
次に、ステップS606において、中継装置30は、所定範囲内で1サンプリングごとにずらした全範囲での相互相関係数をプロットすることで、相互相関関数を取得する。取得した相互相関関数の例が、図7(F)に示されている。
Next, in step S606,
次に、ステップS607において、中継装置30は、図7(F)に示した相互相関関数が最大値をとる時間ずれを取得する。
Next, in step S607, the
次に、ステップS608において、中継装置30は、ステップS607で得られた時間ずれの関係を考慮した上で、同時刻の加速度データ(X)と歪みデータ(Y)とを、XY平面にプロットし、散布図を作成する。作成された散布図の例が、図7(G)に示されている。
Next, in step S608, the
次に、ステップS609において、中継装置30は、散布図を構成するデータの中から、特異な外れ値を除去する。
Next, in step S609, the
次に、ステップS610において、中継装置30は、散布図に基づいて回帰直線を算出し、回帰直線の傾き値を取得する。
Next, in step S610, the
最後に、ステップS611において、中継装置30は、取得した傾き値に対して、材料依存の歪みに応じた変換パラメータを乗算することで、変換係数を取得し、一連処理を終了する。このような第1の手法を適用することで、変換係数を得ることができる。
Finally, in step S611, the
すなわち、中継装置30は、上述した一連処理により、フィルタ処理後の加速度情報の時系列データに対して、フィルタ処理後の歪み情報の時系列データを時間方向にスライドさせて相互相関を測定し、最も相関の高い時間関係へスライドさせた条件で、加速度情報と歪み情報との回帰直線を算出することで、変換係数を推定することができる。
That is, the
<第2の手法>
第2の手法について、図8、図9を用いて説明する。図8は、本発明の実施の形態2における加速度と歪みの同時測定結果に基づいて、変換係数を求める第2の手法の一連処理を示したフローチャートである。また、図9は、本発明の実施の形態2に係る第2の手法における各段階の処理を示した説明図であり、(A)~(E)に分けて示されている。
<Second method>
The second method will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. FIG. 8 is a flow chart showing a series of processes of the second method of obtaining conversion coefficients based on the results of simultaneous measurement of acceleration and strain in
ステップS801において、中継装置30は、加速度と歪みの同時測定を、所定時間実施する。この処理は、先の図3におけるステップS304およびステップS305の処理に相当する。同時に取得した生波形の例が、図9(A)に示されている。
In step S801, the
次に、ステップS802において、中継装置30は、FFT処理を実行することで、加速度と歪みに関する共振周波数を取得する。共振周波数を求めた波形の例が、図9(B)に示されている。
Next, in step S802, the
次に、ステップS803において、中継装置30は、ステップS802で求めた共振周波数が明らかに異なっている場合には、測定失敗と判断し、ステップS801およびステップS802の処理をやり直すこととなる。
Next, in step S803, if the resonance frequencies obtained in step S802 are clearly different, the
次に、ステップS804において、中継装置30は、加速度の時系列データおよび歪みの時系列データのそれぞれに対して、ディジタルフィルタによるバンドパスフィルタ処理を行い、共振周波数周辺の成分のみを抽出する。ここで、加速度の時系列データおよび歪みの時系列データのそれぞれに対して施すバンドパスフィルタ処理は、支柱2の一次共振周波数を包含する同一特性の狭帯域バンドパスフィルタ処理に相当する。共振周波数周辺の成分のみを抽出した波形の例が、図9(C)に示されている。
Next, in step S804,
なお、ステップS801~ステップS804の処理は、第1の手法におけるステップS601~ステップS604と同一である。 Note that the processing of steps S801 to S804 is the same as steps S601 to S604 in the first method.
次に、ステップS805において、中継装置30は、レインフロー法による加速度データのサイクルカウント処理を実施し、全振幅データを取得する。同様に、ステップS806において、中継装置30は、レインフロー法による歪みデータのサイクルカウント処理を実施し、全振幅データを取得する。加速度データおよび歪みデータに対してサイクルカウント処理を実施した結果が、図9(D)に示されている。なお、ここではサイクルカウント処理にレインフロー法を用いたが、サイクルカウント処理の方法は、これに限るものではない。
Next, in step S805, the
次に、ステップS807において、中継装置30は、加速度全振幅データを降順にソートする。同様に、ステップS808において、中継装置30は、歪み全振幅データを降順にソートする。
Next, in step S807, the
次に、ステップS809において、中継装置30は、ソートされた加速度全振幅データ(X)と、ソートされた歪み全振幅データ(Y)とを、XY平面へプロットし、散布図を作成する。作成された散布図の例が、図9(E)に示されている。
Next, in step S809, the
次に、ステップS810において、中継装置30は、散布図を構成するデータの中から、所定値以下の歪み全振幅データと、その歪み全振幅データに対応する加速度全振幅データを除去するとともに、特異な外れ値を除去する。
Next, in step S810, the
次に、ステップS811において、中継装置30は、散布図に基づいて回帰直線を算出し、回帰直線の傾き値を取得する。
Next, in step S811, the
最後に、ステップS812において、中継装置30は、取得した傾き値に対して、材料依存の歪みに応じた変換パラメータを乗算することで、変換係数を取得し、一連処理を終了する。このような第2の手法を適用することで、変換係数を得ることができる。
Finally, in step S812, the
すなわち、中継装置30は、上述した一連処理により、フィルタ処理後の加速度情報の時系列データ、およびフィルタ処理後の歪み情報の時系列データのそれぞれについてサイクルカウント処理を行うことで加速度全振幅データおよび歪み全振幅データを生成し、歪み全振幅データの中からあらかじめ設定された範囲内のデータを歪み全振幅抽出データとして抽出し、歪み全振幅抽出データと、歪み全振幅抽出データに対応する加速度全振幅データとの回帰直線を算出することで、変換係数を推定することができる。
That is,
なお、ステップS811、ステップS812の処理は、第1の手法におけるステップS610、ステップS611と同一である。 The processing of steps S811 and S812 is the same as that of steps S610 and S611 in the first method.
以上のように、実施の形態2によれば、加速度データと歪みデータとの回帰直線を求め、回帰直線の傾きから、加速度データを歪みデータに変換するための変換係数を求める具体的な処理構成を備えている。加速度データと歪みデータとは、通信処理などのオーバーヘッドによる時間ズレの影響があり、また、両者の測定波形には、位相差が発生する。従って、単純に加速度データと歪みデータの波形を測定するだけでは、変換係数を算出することは困難である。 As described above, according to the second embodiment, the regression line between the acceleration data and the strain data is obtained, and the conversion coefficient for converting the acceleration data into the strain data is obtained from the slope of the regression line. It has Acceleration data and strain data are affected by time lag due to overhead such as communication processing, and a phase difference occurs between the measured waveforms of both. Therefore, it is difficult to calculate conversion coefficients simply by measuring waveforms of acceleration data and strain data.
そこで、本実施の形態2では、上述したような第1の手法および第2の手法を適用することにより、時間ずれ、位相差の影響を除去し、変換係数を高精度に算出することを可能としている。この結果、長期にわたる測定に適した加速度センサを用いた上で、診断対象である構造物の蓄積疲労を正確に算出することができる。換言すると、支柱に印加される応力に基づいて、情報板の蓄積疲労を、長期間にわたり、検査員よる定期検査を必要とせずに、定量的に診断することのできる情報板の異常診断システムを実現できる。 Therefore, in the second embodiment, by applying the first method and the second method as described above, it is possible to remove the effects of the time lag and the phase difference and to calculate the transform coefficients with high accuracy. and As a result, the accumulated fatigue of the structure to be diagnosed can be accurately calculated using an acceleration sensor suitable for long-term measurement. In other words, an information board abnormality diagnosis system capable of quantitatively diagnosing the accumulated fatigue of the information board over a long period of time based on the stress applied to the strut without requiring regular inspections by an inspector. realizable.
1 情報板、2 支柱、10 データ処理装置、11 診断部、20 加速度センサ、21 センサ部、22 加速度情報出力部、30 中継装置、40 歪み測定センサ、41 センサ部、42 歪み情報出力部。 1 information board, 2 support, 10 data processing device, 11 diagnosis unit, 20 acceleration sensor, 21 sensor unit, 22 acceleration information output unit, 30 relay device, 40 strain measurement sensor, 41 sensor unit, 42 strain information output unit.
Claims (4)
前記加速度センサにより測定された前記加速度情報から、前記支柱へ印加される応力を推定することで、前記情報板の蓄積疲労を検出する診断部と、
前記支柱の応力が集中する部位、あるいはその近辺における歪み情報を一時的に測定する歪み測定センサと、
を備えた情報板の異常検出システムにおいて、前記診断部により、前記加速度情報から前記歪み情報へ変換する変換係数を推定するための変換係数算出方法であって、
前記加速度センサにより測定された前記加速度情報と、前記歪み測定センサにより測定された前記歪み情報とを同時刻で所定期間取得し、前記加速度情報の時系列データおよび前記歪み情報の時系列データを取得する第1ステップと、
前記加速度情報の時系列データおよび前記歪み情報の時系列データの両方に対して、前記支柱の一次共振周波数を包含する同一特性の狭帯域バンドパスフィルタ処理を施すことで、フィルタ処理後の加速度情報の時系列データおよびフィルタ処理後の歪み情報の時系列データを生成する第2ステップと、
前記フィルタ処理後の加速度情報の時系列データと、前記フィルタ処理後の歪み情報の時系列データとに基づいて、加速度情報と歪み情報との回帰直線を算出することで、前記変換係数を推定する第3ステップと、
を有する変換係数算出方法。 an acceleration sensor installed on a support or an information board attached to the support to measure acceleration information;
a diagnosis unit that detects accumulated fatigue of the information plate by estimating the stress applied to the support from the acceleration information measured by the acceleration sensor;
a strain measuring sensor that temporarily measures strain information at or near a stress-concentrated portion of the support;
A conversion coefficient calculation method for estimating a conversion coefficient for converting from the acceleration information to the strain information by the diagnosis unit,
The acceleration information measured by the acceleration sensor and the strain information measured by the strain measuring sensor are acquired at the same time for a predetermined period of time to acquire time-series data of the acceleration information and time-series data of the strain information. a first step to
By subjecting both the time-series data of the acceleration information and the time-series data of the strain information to narrowband band-pass filter processing having the same characteristics including the primary resonance frequency of the strut, the acceleration information after filtering is filtered. a second step of generating time series data of and filtered strain information time series data;
The conversion coefficient is estimated by calculating a regression line between the acceleration information and the strain information based on the time-series data of the acceleration information after the filtering and the time-series data of the strain information after the filtering. a third step;
A conversion factor calculation method having
を有する請求項1に記載の変換係数算出方法。 The third step measures cross-correlation by sliding the filtered time-series data of the strain information in the time direction with respect to the time-series data of the filtered acceleration information, and measures the cross-correlation at the time of the highest correlation. 2. The conversion coefficient calculation method according to claim 1, further comprising a correlation processing step of estimating the conversion coefficient by calculating a regression line between acceleration information and strain information under a condition of sliding to a relation.
前記フィルタ処理後の加速度情報の時系列データ、および前記フィルタ処理後の歪み情報の時系列データのそれぞれについてサイクルカウント処理を行うことで加速度全振幅データおよび歪み全振幅データを生成する生成ステップと、
前記歪み全振幅データの中からあらかじめ設定された範囲内のデータを歪み全振幅抽出データとして抽出し、前記歪み全振幅抽出データと、前記歪み全振幅抽出データに対応する加速度全振幅データとの回帰直線を算出することで、前記変換係数を推定する推定ステップと、
を有する請求項1に記載の変換係数算出方法。 The third step is
a generation step of generating acceleration total amplitude data and strain total amplitude data by performing cycle count processing on each of the filtered acceleration information time series data and the filtered strain information time series data;
Data within a preset range is extracted from the strain full amplitude data as strain full amplitude extraction data, and regression is performed on the strain full amplitude extraction data and the acceleration full amplitude data corresponding to the strain full amplitude extraction data. an estimating step of estimating the transform coefficients by calculating a straight line;
The transform coefficient calculation method according to claim 1, comprising:
請求項1から3のいずれか1項に記載の変換係数算出方法。 4. The conversion factor calculation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the strain measurement sensor can be installed so as to be held by frictional force due to compression.
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