WO2016170723A1 - 振動可視化素子、振動計測システム、及び振動計測方法 - Google Patents

振動可視化素子、振動計測システム、及び振動計測方法 Download PDF

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WO2016170723A1
WO2016170723A1 PCT/JP2016/001288 JP2016001288W WO2016170723A1 WO 2016170723 A1 WO2016170723 A1 WO 2016170723A1 JP 2016001288 W JP2016001288 W JP 2016001288W WO 2016170723 A1 WO2016170723 A1 WO 2016170723A1
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vibration
visualization element
vibration visualization
optical members
electromagnetic wave
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PCT/JP2016/001288
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脇田　尚英
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0091—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by using electromagnetic excitation or detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/025—Measuring arrangements

Definitions

  • the present disclosure relates to a vibration visualization element attached to a measurement object, a vibration measurement system and a vibration measurement method using the vibration visualization element.
  • Non-Patent Document 1 discloses a method of inspecting deterioration of a structure by measuring vibration of a bridge using a laser Doppler velocimeter and examining the degree of change in natural frequency before and after reinforcing the bridge. Are listed.
  • One aspect of the present disclosure provides a vibration visualization element capable of visualizing vibration applied to a measurement object.
  • the vibration visualization element is attached to a measurement target and visualizes vibration applied to the measurement target.
  • the vibration visualization element includes one or more optical members having retroreflectivity with respect to light or electromagnetic waves. In each of the one or more optical members, a part of the optical member moves relative to the other part of the optical member in response to the vibration, so that the one or more optical members are The brightness of reflected light or the amount of reflected electromagnetic waves emitted in the retroreflection direction changes.
  • the comprehensive or specific aspect of the present disclosure may be realized by an element, an apparatus, a system, a method, or any combination thereof.
  • the vibration visualization element according to one aspect of the present disclosure can visualize the vibration applied to the measurement target.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vibration measurement system according to a first embodiment of the present disclosure. It is a perspective view of the optical member with which the vibration measurement system of FIG. 1 is provided. It is a perspective view which shows the principle in which the optical member of FIG. 2 reflects light or electromagnetic waves. It is a side view which shows the principle in which the optical member of FIG. 2 reflects light or electromagnetic waves. It is a figure which shows an example of the vibration visualization element provided so that two or more optical members of FIG. 2 may be spread. It is a figure which shows the other example of a vibration visualization element provided so that two or more optical members of FIG. 2 may be spread
  • the present disclosure relates to a vibration visualization element that can visualize minute vibrations of a measurement object such as a bridge or a tunnel, a vibration measurement system and a vibration measurement method using the vibration visualization element.
  • the laser Doppler velocimeter uses the Doppler effect, irradiates a laser beam from the measuring instrument toward the measurement object, and measures the speed at which the laser moves away from the measuring instrument and is reflected by the measurement object. It is a device that measures the speed approaching the vessel. For this reason, in the vibration measurement method using the laser Doppler velocimeter, vibration measurement can be performed only one place at a time, and it takes considerable time to perform vibration measurement on the entire measurement object.
  • the vibration measurement method using the wireless sensor node it is possible to simultaneously measure the vibration of the entire measurement object by dispersing and pasting the plurality of wireless sensor nodes over the entire measurement object. Become.
  • this vibration measurement method since the power consumption of the CPU and the like is large, it is necessary to frequently replace the battery. Particularly when the measurement object is a large structure such as a bridge, it is very difficult to frequently replace the batteries of a plurality of wireless sensor nodes attached to the large structure. For this reason, it is required to reduce the number of maintenance times as much as possible.
  • the present inventor makes it possible to perform the vibration measurement of the entire measurement object in a shorter time and to reduce the number of maintenance, and the vibration measurement using the vibration visualization element.
  • we conducted intensive research we conducted intensive research.
  • the vibration visualization element is attached to a measurement object and visualizes vibration applied to the measurement object, Comprising one or more optical members having retroreflectivity for light or electromagnetic waves, In each of the one or more optical members, a part of the optical member moves relative to the other part of the optical member in response to the vibration, so that the one or more optical members are Provided is a vibration visualization element in which the luminance of reflected light or the amount of reflected electromagnetic waves emitted in the retroreflection direction changes.
  • the vibration visualization element can operate without a power source.
  • the vibration visualization element further includes a housing,
  • Each of the one or more optical members includes three mirrors arranged to be orthogonal to each other,
  • the three mirrors include at least one fixed mirror fixed to the casing, and at least one movable mirror that moves relative to the at least one fixed mirror in response to the vibration.
  • the reflected light emitted from the one or more optical members in the retroreflection direction by changing an angle formed by the at least one fixed mirror and the at least one movable mirror according to the vibration. Or the amount of the reflected electromagnetic wave changes,
  • the vibration visualization element according to the first aspect is provided.
  • each of the one or more optical members further includes the brightness of the reflected light or the reflected electromagnetic waves emitted from the one or more optical members in the retroreflection direction.
  • the vibration visualization element according to the second aspect further comprising an elastic member that connects the at least one movable mirror to at least one of the at least one fixed mirror so that the amount of vibration vibrates in synchronization with the vibration. provide.
  • the one or more optical members are a plurality of optical members, and the vibration visualization element according to the second or third aspect is provided so as to spread the plurality of optical members. provide.
  • each of the one or more optical members is a spherical lens, and a concave reflector that is disposed behind the spherical lens and is movable independently of the spherical lens.
  • the relative position between the spherical lens and the concave reflecting material moves according to the vibration, whereby the one or more optical members emit the luminance of the reflected light or the amount of the reflected electromagnetic wave emitted in the retroreflection direction.
  • the vibration visualization element according to the first aspect is provided.
  • the vibration visualization element further includes a housing, a support member, and an elastic member.
  • the one or more optical members are a plurality of optical members, Each of the spherical lenses of the plurality of optical members is supported by the support member, The support member is attached to the housing via the elastic member.
  • each of the one or more optical members includes a corner cube and a deformable member that can contact a part of the corner cube.
  • the deformable member comes into contact with a part of the corner cube to deform the corner cube, whereby the one or more optical members emit luminance of the reflected light in the retroreflection direction.
  • the vibration visualization element according to the first aspect in which the amount of the reflected electromagnetic wave changes, is provided.
  • an angle formed by the part of the optical member and the other part of the optical member changes according to the vibration. Accordingly, there is provided the vibration visualization element according to the first aspect, in which the luminance of the reflected light or the amount of the reflected electromagnetic wave emitted from the one or more optical members in the retroreflection direction is changed.
  • One or a plurality of vibration visualization elements described in any one of the first to eighth embodiments An illumination device for irradiating the light or the electromagnetic wave toward the one or more vibration visualization elements; A photographing device for photographing an image including the reflected light or the reflected electromagnetic wave emitted in the retroreflection direction by the one or plural optical members of each of the one or plural vibration visualization elements; A vibration measuring device for measuring the vibration applied to the measurement object based on an image taken by the photographing device; A vibration measurement system is provided.
  • the one or more vibration visualization elements include first and second vibration visualization elements,
  • the direction in which each of the one or more optical members of the first vibration visualization element moves in response to the vibration is determined by the direction of the one or more optical members of the second vibration visualization element.
  • the first color filter is disposed at least on the optical path of the light or the electromagnetic wave incident on the first vibration visualization element or on the optical path of the reflected light or the reflected electromagnetic wave emitted from the first vibration visualization element.
  • the second color filter is disposed at least on the optical path of the light or the electromagnetic wave incident on the second vibration visualization element or on the optical path of the reflected light or the reflected electromagnetic wave emitted from the first vibration visualization element.
  • the one or more vibration visualization elements include first and second vibration visualization elements,
  • the direction in which each part of the one or more optical members of the first vibration visualization element moves in response to the vibration is the part of the one or more optical members of the second vibration visualization element.
  • the vibration measurement system according to the ninth aspect wherein the shape of the first vibration visualization element is different from the shape of the second vibration visualization element.
  • the one or more vibration visualization elements include first and second vibration visualization elements,
  • the natural frequency of each part of the one or more optical members of the first vibration visualization element is equal to the part of each of the one or more optical members of the second vibration visualization element.
  • the first color filter is disposed at least on the optical path of the light or the electromagnetic wave incident on the first vibration visualization element or on the optical path of the reflected light or the reflected electromagnetic wave emitted from the first vibration visualization element.
  • the second color filter is disposed at least on the optical path of the light or the electromagnetic wave incident on the second vibration visualization element or on the optical path of the reflected light or the reflected electromagnetic wave emitted from the first vibration visualization element.
  • a method for measuring vibration of a measurement object using the vibration visualization element described in any one of the first to twelfth aspects Attaching the one or more vibration visualization elements to the measurement object, The one or more vibration visualization elements are emitted in the retroreflection direction by the one or more optical members of the one or more vibration visualization elements while irradiating the light or the electromagnetic wave to the one or more vibration visualization elements.
  • Shooting images containing reflected light or reflected electromagnetic waves Measure vibration of the measurement object based on the captured video, Provide a vibration measurement method.
  • the one or more vibration visualization elements are a plurality of vibration visualization elements
  • the vibration measurement method at the start of vibration measurement of the measurement object or during vibration measurement, Irradiating the one or more vibration visualization elements with the light or the electromagnetic wave blinking,
  • the vibration measurement method according to the thirteenth or fourteenth aspect, wherein the position of the vibration visualization element is identified by specifying a portion that blinks in synchronization with the blinking of the light or the electromagnetic wave in the captured image.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vibration measurement system according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the vibration measurement system according to the first embodiment includes a vibration visualization element 1, an illumination device 2, a photographing device 3, and a vibration measurement device 4.
  • the vibration visualization element 1 is attached to a measurement object 100 such as a bridge or a tunnel, and visualizes vibration (for example, mechanical vibration) applied to the measurement object 100.
  • the vibration visualization element 1 includes a housing 11 and an optical member 12 having retroreflectivity with respect to light or electromagnetic waves.
  • the optical member 12 includes three mirrors arranged so as to be orthogonal to each other.
  • one of the three mirrors is a movable mirror 13 that moves in response to vibration applied to the measurement object 100.
  • Two of the three mirrors are fixed mirrors 14. At least one of the two fixed mirrors 14 is fixed to the housing 11.
  • the movable mirror 13 is an example of a part of the optical member 12.
  • the fixed mirror 14 is an example of another part of the optical member 12.
  • the movable mirror 13 moves relative to the fixed mirror 14 in response to vibration.
  • the housing 11 is made of, for example, resin, metal, or a combination thereof.
  • the movable mirror 13 is connected to at least one of the two fixed mirrors 14 via a spring 15 which is an example of an elastic member. As shown in FIG. 1, the movable mirror 13 is configured to vibrate between a position 13 a indicated by a dotted line and a position 13 b indicated by a one-dot chain line by the elastic force of the spring 15.
  • the illumination device 2 is a device that irradiates light or electromagnetic waves toward the vibration visualization element 1.
  • a light source that hardly causes flicker
  • the illumination device 2 may not be a special illumination device as long as it has an appropriate irradiation angle for illuminating the measurement object 100 and brightness according to the shooting distance and environment.
  • Examples of the lighting device 2 include LED lighting, HID lighting, halogen lighting, and mercury lamp.
  • the illumination device 2 includes, for example, a light source such as a white LED and an emission optical system, and light is emitted from an emission port of the emission optical system.
  • the photographing device 3 is a device that photographs an image including light or electromagnetic waves reflected in the retroreflection direction by the optical member 12.
  • the imaging device 3 is disposed in the vicinity of the illumination device 2.
  • a camera or a radar can be used.
  • the imaging device 3 is, for example, a digital video camera provided with a CMOS or CCD and an incident lens.
  • the distance between the center of the incident lens of the photographing device 3 and the center of the light exit of the illumination device 2 is preferably within 1 m, and more preferably within 50 cm.
  • it is desirable that the photographing device and the illumination device are coupled and fixed so that the mutual positional relationship does not change during photographing. By doing so, even when the imaging device side is imaged from a moving body or is shaken by a disturbance such as wind, stable imaging and measurement are possible due to the recursive nature of the vibration visualization element.
  • the photographing device 3 is capable of photographing moving images at a speed sufficient to photograph changes in the brightness of reflected light or the amount of electromagnetic waves.
  • the measurement object 100 is a large structure such as a bridge, the natural frequency of the structure is as low as several tens of Hz or less. For this reason, even if a digital camera that is generally used as the photographing device 3 is used, it is possible to perform moving image photographing at a sufficient speed.
  • the vibration measuring device 4 is a device that measures the vibration of the measurement object 100 based on the video imaged by the imaging device 3.
  • the vibration measuring device 4 can be realized by software installed in a personal computer, for example.
  • the vibration measuring device 4 includes, for example, a memory that stores software and video data, a processor, and a display.
  • the light or electromagnetic wave incident on the movable mirror 13 or the fixed mirror 14 is 2 as shown by the solid line arrows or the one-dot chain arrows in FIG. Reflected three or three times and returns to the incident direction. That is, the light or electromagnetic wave reflected by the movable mirror 13 or the fixed mirror 14 travels in the direction opposite to the incident direction.
  • the traveling direction of light or electromagnetic waves traveling in the direction opposite to the incident direction is referred to as “recursive reflection direction”.
  • the light or electromagnetic wave irradiated from the illuminating device 2 is reflected so as to return toward the illuminating device 2 as long as it enters the inner surfaces of the three mirrors.
  • the movable mirror 13 deviates from a position orthogonal to one of the two fixed mirrors 14, for example, as shown in FIG. 1, when the movable mirror 13 is located at a position 13b indicated by a dotted line or a position 13a indicated by a one-dot chain line, The traveling directions B1 and B2 of the reflected light or electromagnetic wave deviate from the retroreflection direction A1. At this time, the imaging device 3 cannot receive reflected light or electromagnetic waves in the retroreflection direction.
  • the measurement object 100 vibrates and the movable mirror 13 vibrates between the position 13a and the position 13b shown in FIG. 1, the luminance of reflected light or the amount of electromagnetic waves in the retroreflection direction received by the photographing apparatus 3 is increased. Change. That is, there is a correlation between the vibration of the measurement object 100 and the change in the brightness of reflected light or the amount of electromagnetic waves in the retroreflection direction. Therefore, vibration measurement of the measurement object 100 can be performed based on the change in the brightness of the reflected light or the amount of electromagnetic waves.
  • the plurality of optical members are irradiated by irradiating the plurality of optical members 12 with light or electromagnetic waves with one lighting device 2. Twelve reflected lights or electromagnetic waves can be received by one photographing device 3. That is, a plurality of vibration visualization elements 1 are attached to the measurement object 100, and the reflected light reflected by the plurality of vibration visualization elements 1 is irradiated with light or electromagnetic waves from the illumination device 2 to the vibration visualization elements 1. The change in luminance or the amount of electromagnetic waves can be simultaneously measured by the photographing apparatus 3. Thereby, it becomes possible to measure the vibration of the entire measurement object 100 in a shorter time. If the movable mirror 13 vibrates in synchronization with the vibration of the measurement object 100, the vibration measurement of the measurement object 100 can be performed more accurately.
  • the vibration visualization element 1 does not include a part such as a CPU that consumes a large amount of power, the need for replacing the battery can be eliminated and the number of maintenance can be reduced. Moreover, the manufacturing cost of the vibration visualization element 1 can be reduced, and deterioration such as corrosion can be suppressed.
  • the vibration visualization element 1 includes one optical member 12 including three mirrors, but the present disclosure is not limited to this.
  • the vibration visualization element 1 may include a plurality of optical members 12. According to this configuration, it is possible to more accurately measure the vibration of the measurement object 100 by increasing the reflection area of light or electromagnetic waves.
  • FIG. 5A is a diagram in which the movable mirrors 13 of the plurality of optical members 12 are arranged so as to vibrate in the Z direction.
  • the vibration visualization element 1A shown in FIG. 5A can have sensitivity to vibration in the Z direction.
  • FIG. 5B is a diagram in which the movable mirrors 13 of the plurality of optical members 12 are arranged so as to vibrate in the Y direction.
  • the vibration visualization element 1B shown in FIG. 5B can have sensitivity to vibrations in the Y direction.
  • the end in the Z direction of the connection side of the two fixed mirrors 14 and one corner of the movable mirror 13 are connected by a spring 15 (for example, a torsion spring having an arm angle of 90 degrees).
  • a spring 15 for example, a torsion spring having an arm angle of 90 degrees.
  • the movable mirror 13 is connected to the two fixed mirrors 14 via an elastic member. A gap is provided between the movable mirror 13 and the two fixed mirrors 14 so that the movable mirror 13 does not collide with the two fixed mirrors 14.
  • a buffer material may be provided on the movable mirror 13 so that the movable mirror 13 does not directly collide with the two fixed mirrors 14. Instead, any one side of the two fixed mirrors 14 and one side of the movable mirror 13 may be connected by an elastic member (for example, a torsion spring having a hinge and an arm angle of 90 degrees).
  • an elastic member for example, a torsion spring having a hinge and an arm angle of 90 degrees.
  • the vibration visualization element (an example of the first vibration visualization element) 1A shown in FIG. 5A is different from the vibration visualization element (an example of the second vibration visualization element) 1B shown in FIG. 5B (on the lighting device 2 side).
  • a color filter of color may be arranged. Different color filters are examples of first and second color filters having different transmission wavelength bands.
  • the first color filter may be disposed at least on the optical path of light or electromagnetic wave incident on the vibration visualization element 1A or on the optical path of reflected light or reflected electromagnetic wave emitted from the vibration visualization element 1A.
  • the second color filter may be disposed at least on the optical path of light or electromagnetic wave incident on the vibration visualization element 1A or on the optical path of reflected light or reflected electromagnetic wave emitted from the vibration visualization element 1A.
  • a red color filter may be disposed in front of the vibration visualization element 1A
  • a blue color filter may be disposed in front of the vibration visualization element 1B.
  • the vibration visualization element 1A when the movable mirror 13 of the vibration visualization element 1A vibrates in the Z direction, the vibration visualization element 1A appears to blink red. By attaching the vibration visualization element 1A to the measurement object 100, it is possible to measure the vibration of the measurement object 100 in the Z direction. Moreover, according to the said structure, when the movable mirror 13 of the vibration visualization element 1B vibrates in the Y direction, the vibration visualization element 1B blinks in blue. By attaching the vibration visualization element 1B to the measurement object 100, it is possible to measure the vibration of the measurement object 100 in the Z direction. Further, if these vibration visualization elements 1A and 1B are distributed and arranged over the entire measurement object 100, vibrations in the biaxial directions (Y and Z directions) of the measurement object 100 can be measured independently. become.
  • a vibration visualization element having sensitivity to vibration in the X direction may be created, and a color filter of a color different from red and blue (for example, green) may be disposed in front of the vibration visualization element. If this vibration visualization element and the vibration visualization elements 1A and 1B are distributed and arranged over the entire measurement object 100, vibrations in the three axial directions (X, Y, and Z directions) of the measurement object 100 are independently measured. It becomes possible to do.
  • the optical member 12 when the optical member 12 is affected by factors other than the vibration of the measurement target 100 such as wind and corrosion, the vibration of the measurement target 100 cannot be measured accurately. For this reason, it is desirable to seal the optical member 12 by providing a cover so as to cover the optical member 12.
  • the surface of the optical member 12 or the cover is preferably subjected to antifouling surface treatment.
  • the shapes of the vibration visualization elements 1A and 1B are not limited to the shapes shown in FIGS. 5A and 5B, and can be various shapes.
  • the shape of the vibration visualization elements 1A and 1B may be a figure such as a triangle or a rectangle, or a character.
  • the vibration visualization element 1 ⁇ / b> A and the vibration visualization element 1 ⁇ / b> B have different shapes and are distributed throughout the measurement object 100, vibrations in the biaxial direction of the measurement object 100 can be measured independently. Is possible.
  • one of the three mirrors included in the optical member 12 is the movable mirror 13 and the two are the fixed mirrors 14.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • two of the three mirrors provided in the optical member 12 may be the movable mirror 13 and one may be the fixed mirror 14.
  • the two movable mirrors 13 may be connected to two sides of the fixed mirror 14 by elastic members (for example, a hinge and a torsion spring having an arm angle of 90 degrees).
  • a gap is provided between the two movable mirrors 13 and the fixed mirror 14 so that the two movable mirrors 13 do not directly collide with each other.
  • a buffer material may be provided on the two movable mirrors 13 so that the two movable mirrors 13 do not directly collide with each other. According to this structure, it can have a sensitivity with respect to the vibration of a biaxial direction. However, with this configuration, it is difficult for one imaging device 3 to detect the vibration direction. In this case, two or more photographing devices 3 can be installed. For example, another imaging device 3 may be installed above the imaging device 3 shown in FIG. 1 in order to detect light or electromagnetic waves that shift in the Z direction with respect to the retroreflection direction and travel in the traveling direction B1. Good. According to this configuration, the vibration component in the Z direction can be identified, and the component in the Y direction can be extracted by removing the Z component from the detection signal of the imaging device 3.
  • the three mirrors included in the optical member 12 are provided.
  • the optical member 12 may include two mirrors, one movable mirror 13 and one fixed mirror 14. In this case, the light or electromagnetic wave incident obliquely on the optical member 12 cannot be retroreflected, but the light or electromagnetic wave perpendicularly incident on the optical member 12 is retroreflected. Can do.
  • the shapes of the movable mirror 13 and the fixed mirror 14 are shown as rectangles, but the present disclosure is not limited to this.
  • the shapes of the movable mirror 13 and the fixed mirror 14 may be triangular.
  • the movable mirror 13, the fixed mirror 14, and the spring 15 are created by, for example, processing metal foil (thickness of about several ⁇ m to 100 ⁇ m) such as stainless steel by cutting, bending, bonding, welding, etc. with a laser or the like. can do.
  • the movable mirror 13 and the fixed mirror 14 may form a mirror surface by, for example, forming a main body by plastic molding and depositing aluminum or the like on the surface of the main body.
  • it is desirable that the housing 11 of the vibration visualization element 1 that supports the one end portion of the spring 15 and the fixed mirror 14 is accurately formed in an angle and shape by plastic molding or the like.
  • the electromagnetic wave is an electromagnetic wave having a wavelength longer than that of light.
  • the size of the flat mirror surface of the movable mirror 13 and the fixed mirror 14 is larger than the wavelength of the electromagnetic wave.
  • vibration measurement can be performed from a farther place, for example, from a satellite.
  • FIG. 6 is a flowchart of the vibration measurement method.
  • the measurement object 100 is a bridge.
  • the illumination device 2 emits only light, and the description of the electromagnetic wave is omitted.
  • step S1 a plurality of vibration visualization elements 1 are attached to the measurement object 100.
  • the vibration visualization element 1 depends on the type and structure of the measurement target 100, the vibration visualization element 1 is dispersed so that the entire vibration mode of the measurement target 100 can be estimated around a portion where the measurement target 100 is easily deteriorated. It is desirable to install it. Since the vibration visualization element 1 according to the first embodiment does not include a part with high power consumption such as a CPU, once it is attached to the measurement object 100, it can be used for a long time. For this reason, it is desirable to fix firmly so that the vibration visualization element 1 may not remove
  • step S ⁇ b> 2 As shown in FIG. 7, light that is irradiated from the illumination device 2 toward the measurement object 100 and reflected in the retroreflection direction by the optical member 12 of the vibration visualization element 1 is included.
  • the video is shot by the shooting device 3.
  • an image captured by the imaging device 3 is an image in which a plurality of vibration visualization elements blink according to the vibration of the measurement object 100.
  • the vibration of the bridge is mainly composed of components in two directions of the Z direction (that is, the vertical direction) and the Y direction (that is, the long axis direction of the bridge). ing.
  • the vibration visualization element 1A shown in FIG. 5A and the vibration visualization element 1B shown in FIG. 5B are distributed over the entire bridge, thereby performing vibration measurement in two directions of the Z direction and the Y direction. Can do.
  • the vibration measuring device 4 measures the vibration of the measurement object 100 based on the video imaged by the imaging device 3. For example, the vibration measuring device 4 performs image processing such as sampling a luminance change of a pixel at a specific position from an image of each frame of the video imaged by the imaging device 3. Thereby, the vibration waveform of the some vibration visualization element 1 currently reflected on the image
  • the vibration measurement method since the plurality of vibration visualization elements 1 blink according to the vibration of the measurement object 100, the vibration of the measurement object 100 can be observed visually.
  • the light retroreflected by the vibration visualization element 1 has high directivity, it can be observed from a position several hundred meters away from the measurement object 100, for example.
  • the vibration measurement method according to the first embodiment is a measurement method that is more resistant to noise and environmental changes than the conventional method.
  • the vibration measuring device 4 preferably includes a storage unit that accumulates and stores the measured vibration data of the measurement object 100, and a notification unit that notifies abnormality by characters, sounds, and the like.
  • the storage unit is, for example, a semiconductor memory.
  • reporting part is a monitor and / or a speaker, for example. According to this configuration, by comparing the past vibration data accumulated in the storage unit with the vibration data measured this time, it is possible to detect the abnormal location and degree of the measurement object 100. Moreover, an alerting
  • step S ⁇ b> 2 the light emitted from the illumination device 2 may be periodically blinked near the vibration frequency of the measurement object 100.
  • the strobe imaging vibrates so that the difference frequency between the vibration frequency of the measurement object 100 and the strobe frequency undulates, so that it is possible to identify the detailed frequency of the frequency from the undulation.
  • the illuminating device 2 and the imaging device 3 may be fixed at a position away from the measurement object 100, or may be installed on a moving body such as a car or a helicopter.
  • the illuminating device 2 and the imaging device 3 may be installed beside the illuminating device illuminating the bridge for safety and performance. As a result, fixed-point observation can be performed.
  • the illuminating device 2 and the imaging device 3 when installing the illuminating device 2 and the imaging device 3 in a car, by keeping the weight and speed of the car constant, the weight of the car becomes a stimulus, and the vibration of the measurement object 100 is stably measured. Can do. Note that when the image is taken by the photographing device 3 mounted on a moving body such as a car, the position of the vibration visualization element 1 moves in the photographed video, but once the position is identified, the feature is obtained by image processing. It is easy to extract and track.
  • the image captured by the imaging device 3 includes a measurement object 100 that is dimly illuminated by the illumination device 2, a vibration visualization element 1 that shines brightly by retroreflection, a streetlight, Includes backgrounds such as building lights. It is necessary to extract the positions of the plurality of vibration visualization elements 1 from this image.
  • the light of the illumination device 2 is blinked, and the portion where the light reflected by the vibration visualization element 1 and the light of the illumination device 2 blink in synchronization is specified.
  • the lighting device 2 irradiates a plurality of vibration visualization elements 1 with light blinking, and the imaging device captures an image including reflected light.
  • the imaging device captures an image including reflected light.
  • LED which light-emits the light of the wavelength range where the spectrum of sunlight on the ground is weak, for example, 1.35 micrometer vicinity or 1.15 micrometer vicinity, as the illuminating device 2 by absorption of a water molecule.
  • the influence of sunlight can be reduced, and vibration measurement with a high SN ratio can be performed even in the daytime.
  • the retroreflecting by the three mirrors is theoretically directivity with an infinitesimal dispersion angle when the mirror surfaces are orthogonal to each other.
  • the mirror surface is usually warped or uneven.
  • angle variations also occur. For this reason, a spread occurs in the retroreflected light.
  • FIG. 9 is a diagram showing actual characteristics of retroreflection by three mirrors.
  • the horizontal axis indicates the observation angle
  • the vertical axis indicates the luminance.
  • the brightness of the reflected light becomes brighter as the observation angle is smaller.
  • the observation angle is about 2 ° or more, the luminance is almost 0 (cd / lx ⁇ m 2 ).
  • the reflection direction is shifted by 2 ⁇ °. That is, in the movable mirror 13 of the optical member 12 having the retroreflective characteristic shown in FIG. For this reason, it is desirable to design so that the angle of the movable mirror 13 changes within a range of 1 ° or less when the maximum acceleration of vibration assumed in the measurement object 100 is applied to the vibration visualization element 1.
  • luminance of the reflected light which has a positive correlation with the amplitude of the vibration of the vibration visualization element 1 can be obtained.
  • the natural frequency of the movable mirror 13 is, for example, about three times the maximum frequency of the measurement object 100.
  • the maximum is about 10 to 50 Hz. Therefore, when the measurement target 100 is set to about 30 to 150 Hz, the frequency dependence becomes small.
  • FIG. 10 is a characteristic diagram showing the frequency dependence of three vibration visualization elements 1 having different natural frequencies of the movable mirror 13.
  • the characteristic of FIG. 10 is that the vibration visualization element 1 is installed on the vibrator, the frequency and intensity of the applied vibration are changed, and the luminance of the reflected light in the retroreflection direction is measured by a luminance meter arranged in the vicinity of the lighting device. The relative sensitivity was calculated from the ratio of the amplitude of vibration to the amplitude of luminance.
  • the alternate long and short dash line 60, the solid line 61, and the dotted line 62 indicate the relative sensitivity when the natural frequency of the movable mirror 13 is 5.0 Hz, 6.0 Hz, and 7.0 Hz, respectively.
  • the relative sensitivity is about “10” at 2 Hz or lower, whereas the resonance is resonated at 6.0 Hz and the relative sensitivity.
  • the relative sensitivity when the frequency is 6 Hz is 20 times or more of the relative sensitivity when the frequency is 2 Hz or less.
  • a color filter of a different color may be disposed in front of each of the three vibration visualization elements 1 having different natural frequencies of the movable mirror 13.
  • blue, green, and red color filters are disposed in front of each of the three vibration visualization elements 1 whose natural frequencies of the movable mirror 13 are 5.0 Hz, 6.0 Hz, and 7.0 Hz. .
  • the movable mirror 13 of these three vibration visualization elements 1 vibrates according to the vibration applied to the vibration visualization element 1. At this time, since the brightness of the reflected light in the retroreflection direction reflected by each vibration visualization element 1 is different, the color of the reflected light captured by the imaging device 3 looks different.
  • each vibration visualization element 1 when a vibration of 6.0 Hz is applied to each vibration visualization element 1, only green light blinks in the reflected light, so that the complementary magenta blinks.
  • a vibration of 5.5 Hz when a vibration of 5.5 Hz is applied to each vibration visualizing element 1, the reflected light is mixed with green and blue blinking, and appears to blink complementary red. That is, the frequency of vibration applied to the vibration visualization element 1 can be known from the difference in the color (wavelength dispersion) of the reflected light. By utilizing this relationship, it is possible to analyze the vibration of the measurement object 100 not only for moving images but also for still images.
  • the natural frequency of the measurement object 100 is examined in advance, and a plurality of the vibration visualization elements 1 are arranged so as to be close to the natural frequency of the measurement object 100. It is desirable to set the natural frequency of each movable mirror 13 of the vibration visualization element 1.
  • the natural frequency of the movable mirror 13 can be adjusted, for example, by adjusting the machining dimension of the spring 15 or attaching a weight to the spring 15.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a vibration measurement system according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the vibration measurement system according to the second embodiment is different from the vibration measurement system according to the first embodiment in that instead of the movable mirror 13 and the spring 15, a plurality of movable mirrors 21, connecting members 22, weights 23, and It is a point provided with the some spring 24 which is an example of an elastic member. Other parts are the same as in the first embodiment.
  • the plurality of movable mirrors 21 are formed elongated and are arranged in parallel.
  • the total area of the plurality of movable mirrors 21 is substantially the same as the area of one movable mirror 13 in the first embodiment.
  • Each one end of the plurality of movable mirrors 21 is connected to a weight 23 via a connecting member 22.
  • the movable mirror 21 is an example of a part of the optical member.
  • the weight 23 is attached to the housing 11 via a plurality of springs 24.
  • Each other end of the plurality of movable mirrors 21 is connected to the rotation shaft 25.
  • Each rotating shaft 25 is fixed to the housing 11, for example.
  • each spring 24 vibrates, and accordingly, each movable mirror 21 rotates about the rotation shaft 25 as indicated by a dotted line and a solid line in FIG. Thereby, the angle with respect to the fixed mirror 14 of each movable mirror 21 changes.
  • the angle of each movable mirror 21 relative to the fixed mirror 14 can be greatly changed even if the vibration of the measurement object 100 is minute. Thereby, even if the measurement object 100 is a large structure with a low natural frequency, the vibration can be measured with higher sensitivity.
  • FIGS. 12A and 12B are schematic configuration diagrams of a vibration visualization element included in the vibration measurement system according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the vibration measurement system according to the third embodiment is different from the vibration measurement system according to the first embodiment in that an optical member 31 having a bead type structure is provided instead of the optical member 12. Other parts are the same as in the first embodiment.
  • the optical member 31 includes a spherical lens 32 and a concave reflector 33 that is disposed behind the spherical lens 32 (on the side away from the illumination device 2) and is movable independently of the spherical lens 32.
  • the concave reflecting material 33 has a concave surface concentric with the spherical lens 32. That is, the concave reflecting material 33 has a partially spherical shape.
  • the spherical lens 32 is an example of a part of the optical member 31, and the concave reflecting material 33 is an example of another part of the optical member 31.
  • the light or electromagnetic wave irradiated from the illumination device 2 passes through the spherical lens 32 and is on the concave reflecting material 33 as shown in FIG. 12A. It is condensed with. Thereafter, the light or electromagnetic wave is reflected by the concave reflecting material 33 and again enters the spherical lens 32, and travels in a retroreflection direction through a path symmetric with respect to the spherical center of the spherical lens 32. At this time, the brightness of reflected light or the amount of electromagnetic waves in the retroreflection direction is maximized.
  • the imaging device 3 cannot receive reflected light or electromagnetic waves in the retroreflection direction.
  • the casing 11 of the vibration visualization element 1 vibrates and the spherical lens 32 of the optical member 31 vibrates accordingly, the luminance of reflected light or the amount of electromagnetic waves in the retroreflection direction received by the photographing apparatus 3 changes. Based on the change in the brightness of reflected light or the amount of electromagnetic waves, vibration measurement of the measurement object 100 can be performed.
  • a plurality of optical members 31 are arranged so as to be laid down.
  • the spherical lens 32 of each optical member 31 is supported by a support member 34 as shown in FIGS. 12A and 12B.
  • the support member 34 is a plate-like member having a plurality of holes for receiving the spherical lens 32, for example, and is attached to the housing 11 of the vibration visualization element 1 via a spring 35 which is an example of an elastic member.
  • the support member 34 is made of, for example, resin, metal, or a combination thereof.
  • the plurality of optical members are irradiated by irradiating light or electromagnetic waves to the plurality of optical members 31 with one lighting device 2.
  • the one reflected light or electromagnetic wave 31 can be received by one photographing device 3. That is, a plurality of vibration visualization elements 1 are attached to the measurement object 100, and the reflected light reflected by the plurality of vibration visualization elements 1 is irradiated with light or electromagnetic waves from the illumination device 2 to the vibration visualization elements 1.
  • the change in luminance or the amount of electromagnetic waves can be simultaneously measured by the photographing apparatus 3. Thereby, it becomes possible to measure the vibration of the entire measurement object 100 in a shorter time. If the spherical lens 32 vibrates in synchronization with the vibration of the measurement object 100, the vibration measurement of the measurement object 100 can be performed more accurately.
  • the vibration visualization element 1 does not include a part with high power consumption such as a CPU, it is not necessary to replace the battery, and the number of maintenance can be reduced. Moreover, the manufacturing cost of the vibration visualization element 1 can be reduced, and deterioration such as corrosion can be suppressed.
  • FIGS. 13A and 13B are schematic configuration diagrams of a vibration visualization element included in a vibration measurement system according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the vibration measurement system according to the fourth embodiment is different from the vibration measurement system according to the first embodiment in that an optical member 41 having a corner cube structure is provided instead of the optical member 12. Other parts are the same as in the first embodiment.
  • the optical member 41 includes a corner cube 42 and a deformable member 43 that can contact the top of the corner cube 42 and deform the corner cube 42.
  • the corner cube 42 is formed of a transparent and flexible resin such as silicone rubber or gel, and has three surfaces that form the corners of a cube.
  • the corner cube 42 can perform retroreflection on the three surfaces. Further, the corner cube 42 is attached to the inner surface of the housing 11 of the vibration visualization element 1.
  • the deformable member 43 is attached to the weight 44.
  • the deformation member 43 is, for example, a flat plate made of rubber, resin, metal, or the like, and has a recess that receives the top of the corner cube 42.
  • the top of the corner cube 42 may be fixed to the deformable member 43 with an adhesive or the like.
  • the weight 44 is formed in a flat plate shape, for example. Both ends of the weight 44 are attached to the casing 11 of the vibration visualization element 1 via springs 45 that are examples of elastic members.
  • the housing 11 is made of a member that transmits light or electromagnetic waves.
  • the light or electromagnetic wave emitted from the illumination device 2 passes through the casing 11 and enters the corner cube 42 as shown in FIG.
  • the light is totally reflected at the interface between the face 42 and air.
  • the light or electromagnetic wave travels in the retroreflection direction through the inside of the corner cube 42 and the housing 11. At this time, the brightness of reflected light or the amount of electromagnetic waves in the retroreflection direction is maximized.
  • the deformation member 43 deforms the top of the corner cube 42.
  • the surface of the corner cube 42 is slightly curved and the angle between the surfaces is not a right angle.
  • the traveling direction B4 of light or electromagnetic waves reflected at the interface between the surface of the corner cube 42 and air deviates from the retroreflection direction A1.
  • the imaging device 3 cannot receive reflected light or electromagnetic waves in the retroreflection direction.
  • the top of the corner cube 42 is an example of a part of the optical member 41.
  • the part other than the top part of the corner cube 42 is an example of another part of the optical member 41.
  • the casing 11 of the vibration visualization element 1 vibrates and the corner cube 42 of the optical member 41 vibrates accordingly, the brightness of reflected light or the amount of electromagnetic waves in the retroreflection direction received by the imaging device 3 changes. Based on the change in the brightness of reflected light or the amount of electromagnetic waves, vibration measurement of the measurement object 100 can be performed.
  • a plurality of optical members 41 are arranged to spread. As shown in FIGS. 13A and 13B, the corner cubes 42 of the optical members 41 are connected so as to partially share each other. That is, the plurality of optical members 41 are constituted by prism-like sheets.
  • the deformation member 43 of each optical member 41 is integrated into a single flat plate shape.
  • the plurality of optical members are irradiated by irradiating light or electromagnetic waves to the plurality of optical members 41 with one lighting device 2.
  • the one reflected light or electromagnetic wave 41 can be received by one photographing device 3. That is, a plurality of vibration visualization elements 1 are attached to the measurement object 100, and the reflected light reflected by the plurality of vibration visualization elements 1 is irradiated with light or electromagnetic waves from the illumination device 2 to the vibration visualization elements 1.
  • the change in luminance or the amount of electromagnetic waves can be simultaneously measured by the photographing apparatus 3. Thereby, it becomes possible to measure the vibration of the entire measurement object 100 in a shorter time. Note that if the deformable member 43 vibrates in synchronization with the vibration of the measurement object 100, the vibration measurement of the measurement object 100 can be performed more accurately.
  • the vibration visualization element 1 does not include a part with high power consumption such as a CPU, it is not necessary to replace the battery, and the number of maintenance can be reduced. Moreover, the manufacturing cost of the vibration visualization element 1 can be reduced, and deterioration such as corrosion can be suppressed.
  • the deformable member 43 of each optical member is integrated into a single flat plate, but the present disclosure is not limited to this.
  • the deformation member may be any member that can deform a part of the corner cube 42 according to the vibration of the vibration visualization element 1 and shift the reflection direction of the reflected light or the electromagnetic wave from the retroreflection direction.
  • the deformable member may be a protrusion 51 that protrudes from the surface of the weight 42 toward the corner cube 42. Since the projection 51 contacts and deforms a part of the corner cube 42 according to the vibration of the vibration visualization element 1, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained.
  • the deformable member is the protrusion 51 as shown in FIGS.
  • the surface of the corner cube 42 can be made uneven to diffuse the reflected light.
  • the protrusion 51 may be in contact with the corner cube 42 or in a non-contact state in a stationary state where the vibration visualization element 1 does not vibrate.
  • FIG. 15 is a graph showing acceleration in the Z direction measured by an acceleration sensor on a bridge girder of a road bridge having a total length of 560 m.
  • FIG. 16 is a graph showing the frequency of the vibration acceleration. As shown in FIG. 15, the acceleration was in the range of ⁇ 0.5 m / s 2 or less. Further, as shown in FIG. 16, the frequency had a main peak at 3.9 Hz. Based on these data, the vibration visualization element was prepared so that the angle of the movable mirror with respect to the fixed mirror was shifted by 1 ° from the right angle when the acceleration was 0.5 m / s 2 . More specifically, the vibration visualization element was prepared as follows.
  • the optical member included in the vibration visualization element is made by cutting a fixed foil, a movable mirror, and a spring by cutting a stainless steel foil having a thickness of 15 microns by laser processing, and using a mold, the two fixed mirrors and the movable mirror are separated. It was created by bending so as to be orthogonal to each other.
  • One side of the fixed mirror was 900 ⁇ m, and one side of the movable mirror was 800 ⁇ m.
  • the strength of the spring was adjusted so that the natural frequency of the movable mirror was about 30 Hz, and the movable mirror moved about 1 ° when an acceleration of 0.5 m / s 2 was applied at 4 Hz.
  • the strength of the spring was adjusted by examining the vibration characteristics of the movable mirror by the vibrator while trimming the length and width of the spring with a laser.
  • a plurality of optical members prepared in this way were spread, and an acrylic resin casing made by cutting the back surface of the fixed mirror of each optical member was bonded to create an about 10 cm square vibration visualization element.
  • a plurality of vibration visualization elements were created and attached to the side of the bridge girder of the aforementioned road bridge.
  • a video was taken with a photo shooter while irradiating light from a lighting device from Kawahara, about 50m away from the bridge girder.
  • a photographing apparatus a digital camera of a model capable of photographing a high-definition moving picture at 120 Hz was used.
  • the lighting device an LED video light attached to the digital camera was used.
  • the vibration of the bridge girder was measured by the vibration measuring device based on the video taken with the digital camera.
  • the vibration measuring device was realized by software installed on a personal computer.
  • the LED video light was always turned on and shot with a digital camera.
  • the captured images clearly confirmed that the vibration visualization element blinks when the car passes the bridge.
  • the luminance of the pixel region corresponding to the vibration visualization element whose position is identified is counted for each frame by using separately created image analysis software, and the luminance signal of each vibration visualization element is extracted, the absolute value of the acceleration in FIG.
  • the luminance signal showed the same change.
  • the main peak of frequency was 7.8 Hz. Since the luminance signal is proportional to the absolute value of acceleration, the frequency is doubled. Therefore, it was confirmed that it corresponds to 3.9 Hz of the natural vibration of the bridge, and it was confirmed that the natural frequency of the structure could be detected. It should be noted that the same vibration measurement was possible even when the angle and distance of shooting were changed.
  • vibration measurement can be performed from a distance by pasting the vibration visualization element according to the present disclosure on a measurement object.
  • one or a plurality of springs 15, 24, 35, and 45 are given as examples of the elastic member.
  • the elastic member is not limited to a spring and may not be a spring.
  • the elastic member may be rubber, for example.
  • the present disclosure makes it possible to perform vibration measurement of the entire measurement object in a shorter time and to reduce the number of maintenance, so that not only public structures such as bridges and tunnels, but also machinery It is useful for evaluating and monitoring the soundness of buildings.
  • vibration measurement of the entire measurement object can be performed from an aircraft or satellite, and it can be applied to earthquake measurement and monitoring.

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Abstract

振動可視化素子は、計測対象物に取り付けられ、当該計測対象物に加わった振動を可視化する。前記振動可視化素子は、光又は電磁波に対して再帰性反射性を有する一つ又は複数の光学部材を備える。前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれにおいて、当該光学部材の一部が当該光学部材の他の部分に対して前記振動に応じて相対的に動くことにより、前記一つ又は複数の光学部材が再帰性反射方向に出射する反射光の輝度又は反射電磁波の量が変化する。

Description

振動可視化素子、振動計測システム、及び振動計測方法
　本開示は、計測対象物に取り付けられる振動可視化素子、当該振動可視化素子を用いた振動計測システム及び振動計測方法に関する。
　日本では、橋梁やトンネルなどの公共の構造物の多くが１９７０年代の高度成長期に建設されている。これらの構造物の寿命は、一般に建設後５０年と言われている。このため、今後、寿命を超える構造物が急速に増えることが予想される。それに伴い、これらの構造物の点検・補強の需要が急激に増加している。
　一般に、構造物の剛性と固有振動数とは相関関係があることが知られている。この関係を利用し、構造物の固有振動数の変化を計測することにより、構造物の劣化を検査することが従来行われている。
　例えば、非特許文献１には、レーザドップラ速度計を用いて橋梁の振動計測を行い、橋梁を補強する前後で固有振動数が変化する度合を調べることで、構造物の劣化を検査する方法が記載されている。
　また、米国のイリノイ大学では、加速度センサ、ＣＰＵ、及び無線ユニットを備える無線センサノードを計測対象物に多数取り付け、当該無線センサノードから送られてきたデータに基づいて振動等を分析するシステムが研究開発されている（Ｉｌｌｉｎｏｉｓ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｈｅａｌｔｈ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｐｒｏｊｅｃｔ）。
実験力学　Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．３、２０１頁～２０８頁（２０１１年９月）、「レーザドップラ速度計を用いた実橋梁の構造同定」、牧野高平、松田浩、森田千尋、一宮一夫
　本開示の一態様は、計測対象物に加わった振動を可視化することができる振動可視化素子を提供する。
　本開示の一態様に係る振動可視化素子は、計測対象物に取り付けられ、当該計測対象物に加わった振動を可視化する。前記振動可視化素子は、光又は電磁波に対して再帰性反射性を有する一つ又は複数の光学部材を備える。前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれにおいて、当該光学部材の一部が当該光学部材の他の部分に対して前記振動に応じて相対的に動くことにより、前記一つ又は複数の光学部材が再帰性反射方向に出射する反射光の輝度又は反射電磁波の量が変化する。
　本開示の包括的または具体的な態様は、素子、装置、システム、方法又はこれらの任意な組み合わせで実現されてもよい。
　本開示の一態様に係る振動可視化素子は、計測対象物に加わった振動を可視化することができる。
本開示の第１実施形態に係る振動計測システムの概略構成図である。 図１の振動計測システムが備える光学部材の斜視図である。 図２の光学部材が光又は電磁波を反射する原理を示す斜視図である。 図２の光学部材が光又は電磁波を反射する原理を示す側面図である。 図２の光学部材を複数敷き詰めるように備える振動可視化素子の一例を示す図である。 図２の光学部材を複数敷き詰めるように備える振動可視化素子の他の例を示す図である。 図１の振動計測システムを用いた振動計測方法のフローチャートである。 図１の振動計測システムを用いて橋梁の振動を測定する様子を示す斜視図である。 図１の振動計測システムを用いて橋梁を夜間に撮影したときの映像を示す図である。 ３枚の鏡による再帰性反射の実際の特性を示す図である。 可動鏡の固有振動数が異なる３つの光学部材の周波数依存性を示す特性図である。 本開示の第２実施形態に係る振動計測システムの概略構成図である。 本開示の第３実施形態に係る振動計測システムが備える振動可視化素子の概略構成図である。 本開示の第３実施形態に係る振動計測システムが備える振動可視化素子の概略構成図である。 本開示の第４実施形態に係る振動計測システムが備える振動可視化素子の概略構成図である。 本開示の第４実施形態に係る振動計測システムが備える振動可視化素子の概略構成図である。 変形例に係る振動可視化素子の概略構成図である。 変形例に係る振動可視化素子の概略構成図である。 実施例に係る橋梁の振動加速度を示すグラフである。 実施例に係る橋梁の振動加速度の周波数分析結果を示すグラフである。
　（本開示の基礎となった知見）
　本開示は、橋梁やトンネルなどの計測対象物の微小な振動を可視化することができる振動可視化素子、当該振動可視化素子を用いた振動計測システム及び振動計測方法に関する。
　レーザドップラ速度計は、ドップラ効果を利用するものであり、計測器から計測対象物に向けてレーザを照射し、当該レーザが、計測器から離れていく速度、及び計測対象物に反射されて計測器に近づいてくる速度を計測する装置である。このため、レーザドップラ速度計を用いた振動計測方法では、１箇所ずつしか振動計測することができず、計測対象物の全体を振動計測するには相当な時間がかかる。
　これに対して、無線センサノードを用いた振動計測方法では、複数の無線センサノードを計測対象物の全体に分散して貼り付けることで、計測対象物の全体を同時に振動計測することが可能になる。しかしながら、この振動計測方法では、ＣＰＵ等の消費電力が大きいため、電池を頻繁に交換する必要がある。特に計測対象物が橋梁などの大型構造物である場合には、当該大型構造物に取り付けた複数の無線センサノードの電池を頻繁に交換することは、非常に困難である。このため、メンテナンス回数をできる限り少なくすることが求められている。
　そこで、本発明者は、計測対象物の全体の振動計測をより短時間で行うことを可能にするとともに、メンテナンス回数をより少なくすることができる振動可視化素子、当該振動可視化素子を用いた振動計測システム及び振動計測方法を提供すべく、鋭意研究した。その結果、計測対象物の全体の振動計測をより短時間で行うことを可能にするとともに、メンテナンス回数をより少なくすることができる振動可視化素子、当該振動可視化素子を用いた振動計測システム及び振動計測方法に想到した。
　本開示の第１態様によれば、計測対象物に取り付けられ、当該計測対象物に加わった振動を可視化する振動可視化素子であって、
　光又は電磁波に対して再帰性反射性を有する一つ又は複数の光学部材を備え、
　前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれにおいて、当該光学部材の一部が当該光学部材の他の部分に対して前記振動に応じて相対的に動くことにより、前記一つ又は複数の光学部材が再帰性反射方向に出射する反射光の輝度又は反射電磁波の量が変化する、振動可視化素子を提供する。
　この構成によれば、振動可視化素子は無電源での動作が可能である。
　本開示の第２態様によれば、前記振動可視化素子は、更に、筐体を備え、
　前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれは、互いに直交するように配置された３枚の鏡を備え、
　前記３枚の鏡は、前記筐体に固定された少なくとも１枚の固定鏡と、前記少なくとも１枚の固定鏡に対して前記振動に応じて相対的に動く少なくとも１枚の可動鏡とを含み、
　前記少なくとも１枚の固定鏡と前記少なくとも１枚の可動鏡とが成す角度が前記振動に応じて変化することにより、前記一つ又は複数の光学部材が前記再帰性反射方向に出射する前記反射光の輝度又は前記反射電磁波の量が変化する、
　第１態様に記載の振動可視化素子を提供する。
　本開示の第３態様によれば、前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれは、さらに、前記一つ又は複数の光学部材が前記再帰性反射方向に出射する前記反射光の輝度又は前記反射電磁波の量が前記振動と同期して振動するように前記少なくとも１枚の可動鏡を前記少なくとも１枚の固定鏡の少なくとも１枚に接続する弾性部材を備える、第２態様に記載の振動可視化素子を提供する。
　本開示の第４態様によれば、前記一つ又は複数の光学部材は、複数の光学部材であり、前記複数の光学部材を敷き詰めるように備える、第２又は３態様に記載の振動可視化素子を提供する。
　本開示の第５態様によれば、前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれは、球状レンズと、前記球状レンズの後方に配置され、前記球状レンズとは独立して移動可能な凹面反射材と、を備え、
　前記球状レンズと前記凹面反射材との相対位置が前記振動に応じて動くことにより、前記一つ又は複数の光学部材が前記再帰性反射方向に出射する前記反射光の輝度又は前記反射電磁波の量が変化する、
　第１態様に記載の振動可視化素子を提供する。
　本開示の第６態様によれば、前記振動可視化素子は、更に、筐体と支持部材と弾性部材とを備え、
　前記一つ又は複数の光学部材は、複数の光学部材であり、
　前記複数の光学部材のそれぞれの前記球状レンズは、前記支持部材により支持され、
　前記支持部材は、前記弾性部材を介して前記筐体に取り付けられる、
　第５態様に記載の振動可視化素子を提供する。
　本開示の第７態様によれば、前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれは、コーナーキューブと、前記コーナーキューブの一部と接触可能な変形部材とを備え、
　前記振動に応じて前記変形部材が前記コーナーキューブの一部と接触して当該コーナーキューブを変形させることにより、前記一つ又は複数の光学部材が前記再帰性反射方向に出射する前記反射光の輝度又は前記反射電磁波の量が変化する、第１態様に記載の振動可視化素子を提供する。
　本開示の第８態様によれば、前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれにおいて、前記光学部材の前記一部と前記光学部材の前記他の部分とが成す角度が前記振動に応じて変化することにより、前記一つ又は複数の光学部材が前記再帰性反射方向に出射する前記反射光の輝度又は前記反射電磁波の量が変化する、第１態様に記載の振動可視化素子を提供する。
　第１～８態様のいずれか１つに記載された一つ又は複数の振動可視化素子と、
　前記一つ又は複数の振動可視化素子に向けて前記光又は前記電磁波を照射する照明装置と、
　前記一つ又は複数の振動可視化素子それぞれの前記一つ又は複数の光学部材によって再帰性反射方向に出射された前記反射光又は前記反射電磁波を含む映像を撮影する撮影装置と、
　前記撮影装置が撮影した映像に基づいて前記計測対象物に加わった前記振動を計測する振動計測装置と、
　を備える、振動計測システムを提供する。
　本開示の第１０態様によれば、更に、透過波長帯が互いに異なる第１及び第２のカラーフィルタを備え、
　前記一つ又は複数の振動可視化素子は、第１および第２振動可視化素子を含み、
　前記第１振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれの前記一部が前記振動に応じて動く方向は、前記第２振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれの前記一部が前記振動に応じて動く方向と異なり、
　前記第１のカラーフィルタは、少なくとも前記第１振動可視化素子に入射する前記光又は前記電磁波の光路上又は前記第１振動可視化素子から出射される前記反射光又は前記反射電磁波の光路上に配置されており、
　前記第２のカラーフィルタは、少なくとも前記第２振動可視化素子に入射する前記光又は前記電磁波の光路上又は前記第１振動可視化素子から出射される前記反射光又は前記反射電磁波の光路上に配置されている、第９態様に記載の振動計測システムを提供する。
　本開示の第１１態様によれば、前記一つ又は複数の振動可視化素子は、第１および第２振動可視化素子を含み、
　前記第１振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれの前記一部が前記振動に応じて動く方向は、前記第２振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材の前記一部が前記振動に応じて動く方向と異なり、
　前記第１振動可視化素子の形状は、前記第２振動可視化素子の形状と異なる、第９態様に記載の振動計測システムを提供する。
　本開示の第１２態様によれば、更に、透過波長帯が互いに異なる第１及び第２のカラーフィルタを備え、
　前記一つ又は複数の振動可視化素子は、第１および第２振動可視化素子を含み、
　前記第１振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれの前記一部が有する固有振動数が、前記第２振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれの前記一部が有する固有振動数と異なり、
　前記第１のカラーフィルタは、少なくとも前記第１振動可視化素子に入射する前記光又は前記電磁波の光路上又は前記第１振動可視化素子から出射される前記反射光又は前記反射電磁波の光路上に配置されており、
　前記第２のカラーフィルタは、少なくとも前記第２振動可視化素子に入射する前記光又は前記電磁波の光路上又は前記第１振動可視化素子から出射される前記反射光又は前記反射電磁波の光路上に配置されている、第９態様に記載の振動計測システムを提供する。
　本開示の第１３態様によれば、第１～１２態様のいずれか１つに記載された振動可視化素子を用いて計測対象物の振動を計測する方法であって、
　前記一つ又は複数の振動可視化素子を前記計測対象物に取り付け、
　前記一つ又は複数の振動可視化素子に前記光又は前記電磁波を照射しながら、当該一つ又は複数の振動可視化素子それぞれの前記一つ又は複数の光学部材によって前記再帰性反射方向に出射された前記反射光又は前記反射電磁波を含む映像を撮影し、
　前記撮影した映像に基づいて前記計測対象物の振動を計測する、
　振動計測方法を提供する。
　本開示の第１４態様によれば、前記一つ又は複数の振動可視化素子は、複数の振動可視化素子であり、
　前記複数の振動可視化素子は、互いに異なる方向の振動に対して感度を有するように前記計測対象物に取り付けられる、第１３態様に記載の振動計測方法を提供する。
　本開示の第１５態様によれば、前記計測対象物の振動計測の開始時又は振動計測中において、
　前記一つ又は複数の振動可視化素子に前記光又は前記電磁波を点滅させて照射し、
　前記撮影した映像において、前記光又は前記電磁波の点滅と同期して点滅する部分を特定することにより、前記振動可視化素子の位置を同定する、第１３又は１４態様に記載の振動計測方法を提供する。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって、本開示が限定されるものではない。同一又は類似の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
　（第１実施形態）
　図１は、本開示の第１実施形態に係る振動計測システムの概略構成図である。本第１実施形態に係る振動計測システムは、振動可視化素子１と、照明装置２と、撮影装置３と、振動計測装置４と、を備えている。
　振動可視化素子１は、橋梁やトンネルなどの計測対象物１００に取り付けられ、当該計測対象物１００に加わった振動（例えば機械的振動）を可視化するものである。振動可視化素子１は、図１に示すように、筐体１１と、光又は電磁波に対して再帰性反射性を有する光学部材１２とを備えている。
　光学部材１２は、図２に示すように、互いに直交するように配置された３枚の鏡を備えている。本第１実施形態において、３枚の鏡のうちの１枚は、計測対象物１００に加えられた振動に応じて動く可動鏡１３である。３枚の鏡のうちの２枚は、固定鏡１４である。２枚の固定鏡１４の少なくとも１枚は、筐体１１に固定される。可動鏡１３は光学部材１２の一部の一例である。固定鏡１４は光学部材１２の他の部分の一例である。可動鏡１３は固定鏡１４に対して振動に応じて相対的に動く。筐体１１は、例えば、樹脂、金属またはこれらの組合せで構成される。
　可動鏡１３は、弾性部材の一例であるばね１５を介して２枚の固定鏡１４の少なくとも一つに接続されている。可動鏡１３は、図１に示すように、ばね１５の弾性力により、点線で示す位置１３ａと一点鎖線で示す位置１３ｂとの間で振動するように構成されている。
　照明装置２は、振動可視化素子１に向けて光又は電磁波を照射する装置である。照明装置２としては、フリッカーが生じにくい光源、例えば、ＤＣ（直流）駆動のＬＥＤなどの装置を用いることが望ましい。なお、照明装置２は、計測対象物１００を照らす適度な照射角、及び撮影距離や環境に応じた明るさを有するものであれば、特別な照明装置でなくてもよい。照明装置２の例としては、例えば、ＬＥＤ照明、ＨＩＤ照明、ハロゲン照明、水銀灯が含まれる。照明装置２は、例えば、白色ＬＥＤなどの光源と出射光学系とを備え、出射光学系の出射口から光が出射される。
　撮影装置３は、図１に示すように、光学部材１２によって再帰性反射方向に反射された光又は電磁波を含む映像を撮影する装置である。本第１実施形態において、撮影装置３は、照明装置２の近傍に配置されている。撮影装置３としては、例えば、カメラやレーダーを用いることができる。撮影装置３は、例えば、ＣＭＯＳ又はＣＣＤと入射レンズとを備えたデジタルビデオカメラである。例えば、撮影装置３の入射レンズの中心と照明装置２の光の出射口の中心との間の距離は、１ｍ以内であることが望ましく、５０ｃｍ以内であることがより望ましい。但し、撮影装置と照明装置は、撮影中に互いの位置関係が変わらないように、結合して固定されていることが望ましい。そうすることにより、撮影装置側が、移動体から撮影するときや、風などの外乱で揺れても、振動可視化素子の再帰性により、安定した撮影、計測が可能となる。
　なお、撮影装置３は、反射光の輝度又は電磁波の量の変化を撮影するのに十分なスピードの動画撮影を行えるものであることが望ましい。なお、計測対象物１００が橋梁のような大型の構造物である場合、当該構造物の固有振動数は数十Ｈｚ以下と遅い。このため、撮影装置３として一般的に普及しているデジタルカメラを用いても、十分なスピードの動画撮影を行うことができる。
　振動計測装置４は、撮影装置３が撮影した映像に基づいて計測対象物１００の振動を計測する装置である。振動計測装置４は、例えば、パーソナルコンピュータにインストールされたソフトウェアによって実現可能である。振動計測装置４は、例えば、ソフトウェアおよび映像データを記憶するメモリとプロセッサとディスプレイとを備える。
　可動鏡１３が２枚の固定鏡１４に対して直交する位置に位置するとき、可動鏡１３又は固定鏡１４に入射した光又は電磁波は、図３の実線矢印又は一線鎖線矢印に示すように２回又は３回反射され、入射方向に戻る。すなわち、可動鏡１３又は固定鏡１４に反射された光又は電磁波は、入射方向と逆方向に進行する。以下、この入射方向と逆方向に進行する光又は電磁波の進行方向を「再帰性反射方向」という。この構成によれば、照明装置２から照射された光又は電磁波は、図４に示すように、３枚の鏡の内面に入射する限り、照明装置２に向けて戻るように反射される。
　可動鏡１３が２枚の固定鏡１４のいずれかに対して直交する位置からずれたとき、例えば、図１に示すように、点線で示す位置１３ｂ又は一点鎖線で示す位置１３ａに位置するとき、反射光又は電磁波の進行方向Ｂ１，Ｂ２は、再帰性反射方向Ａ１からずれる。このとき、撮影装置３は、再帰性反射方向における反射光又は電磁波を受けることはできない。
　計測対象物１００が振動し、それに応じて可動鏡１３が図１に示す位置１３ａと位置１３ｂとの間で振動すると、撮影装置３が受ける再帰性反射方向における反射光の輝度又は電磁波の量が変化する。すなわち、計測対象物１００の振動と再帰性反射方向における反射光の輝度又は電磁波の量の変化とは相関関係がある。従って、この反射光の輝度又は電磁波の量の変化に基づいて、計測対象物１００の振動計測を行うことが可能になる。
　本第１実施形態によれば、光学部材１２が再帰性反射性を有しているので、１つの照明装置２で複数の光学部材１２に光又は電磁波を照射することで、当該複数の光学部材１２の反射光又は電磁波を１つの撮影装置３で受けることができる。すなわち、計測対象物１００に複数の振動可視化素子１を貼り付け、それらの振動可視化素子１に照明装置２から光又は電磁波を照射することで、それら複数の振動可視化素子１により反射された反射光の輝度又は電磁波の量の変化を撮影装置３で同時に計測することができる。これにより、計測対象物１００の全体の振動計測をより短時間で行うことが可能になる。なお、計測対象物１００の振動に同期して可動鏡１３が振動するようにすれば、計測対象物１００の振動計測をより正確に行うことが可能になる。
　また、本第１実施形態によれば、振動可視化素子１がＣＰＵ等の消費電力が大きい部品を含まないので、電池を交換する必要性を無くして、メンテナンス回数をより少なくすることができる。また、振動可視化素子１の製造コストを安くすることができ、腐食などの劣化を抑えることができる。
　なお、本第１実施形態では、振動可視化素子１が、３枚の鏡を備える光学部材１２を１つ備えるものとしたが、本開示はこれに限定されない。振動可視化素子１は、例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、光学部材１２を複数敷き詰めるように備えてもよい。この構成によれば、光又は電磁波の反射面積を増加させて、計測対象物１００の振動計測をより正確に行うことができる。
　なお、図５Ａは、複数の光学部材１２のそれぞれの可動鏡１３をＺ方向に振動するように配置した図である。図５Ａに示す振動可視化素子１Ａによれば、Ｚ方向の振動に対して感度を有することができる。また、図５Ｂは、複数の光学部材１２のそれぞれの可動鏡１３をＹ方向に振動するように配置した図である。図５Ｂに示す振動可視化素子１Ｂによれば、Ｙ方向の振動に対して感度を有することができる。
　図５Ａの例では、２枚の固定鏡１４の接続辺のＺ方向の端部と可動鏡１３の一つの角部とが、ばね１５（例えばアーム角度が９０度のトーションばね）によって接続されている。また、図５Ｂの例では、２枚の固定鏡１４の接続辺のＹ方向の端部と可動鏡１３の一つの角部とが、ばね１５（例えばアーム角度が９０度のトーションばね）によって接続されている。すなわち、可動鏡１３は、２枚の固定鏡１４に弾性部材を介して接続されている。可動鏡１３が２枚の固定鏡１４と衝突しないように、可動鏡１３と２枚の固定鏡１４との間に隙間が設けられている。可動鏡１３が２枚の固定鏡１４と直接衝突しないように、可動鏡１３に緩衝材を設けてもよい。これに代えて、２枚の固定鏡１４の何れか一つの一辺と可動鏡１３の一辺とが弾性部材（例えばヒンジ及びアーム角度が９０度のトーションばね）で接続されていてもよい。
　また、図５Ａに示す振動可視化素子（第１振動可視化素子の一例）１Ａと、図５Ｂに示す振動可視化素子（第２振動可視化素子の一例）１Ｂの前方（照明装置２側）にそれぞれに異なる色のカラーフィルタを配置してもよい。互いに異なる色のカラーフィルタは、透過波長帯が異なる第１及び第２のカラーフィルタの例である。第１のカラーフィルタは、少なくとも振動可視化素子１Ａに入射する光又は電磁波の光路上又は振動可視化素子１Ａから出射される反射光又は反射電磁波の光路上に配置されてもよい。第２のカラーフィルタは、少なくとも振動可視化素子１Ａに入射する光又は電磁波の光路上又は振動可視化素子１Ａから出射される反射光又は反射電磁波の光路上に配置されてもよい。例えば、振動可視化素子１Ａの前方に赤色のカラーフィルタを配置する一方で、振動可視化素子１Ｂの前方に青色のカラーフィルタを配置してもよい。
　この構成によれば、振動可視化素子１Ａの可動鏡１３がＺ方向に振動したとき、振動可視化素子１Ａが赤色に点滅して見える。この振動可視化素子１Ａを計測対象物１００に取り付けることにより、計測対象物１００のＺ方向の振動を計測することが可能になる。また、前記構成によれば、振動可視化素子１Ｂの可動鏡１３がＹ方向に振動したとき、振動可視化素子１Ｂが青色に点滅して見える。この振動可視化素子１Ｂを計測対象物１００に取り付けることにより、計測対象物１００のＺ方向の振動を計測することが可能になる。また、それらの振動可視化素子１Ａ，１Ｂを計測対象物１００の全体に分散して配置すれば、計測対象物１００の２軸方向（Ｙ，Ｚ方向）の振動を独立して計測することが可能になる。
　また、Ｘ方向の振動に対して感度を有する振動可視化素子を作成し、当該振動可視化素子の前方に赤色及び青色とは異なる色（例えば、緑色）のカラーフィルタを配置してもよい。この振動可視化素子と振動可視化素子１Ａ，１Ｂを、計測対象物１００の全体に分散して配置すれば、計測対象物１００の３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）の振動を独立して計測することが可能になる。
　なお、光学部材１２が風や腐食などの計測対象物１００の振動以外の要因の影響を受けた場合には、計測対象物１００の振動を正確に計測することができない。このため、光学部材１２を覆うようにカバーを設けるなどして、光学部材１２を封止することが望ましい。また、光学部材１２又はカバーの表面は、防汚表面処理などが施されることが望ましい。
　なお、振動可視化素子１Ａ，１Ｂの形状は、図５Ａ及び図５Ｂに示す形状に限定されるものではなく、種々の形状とすることができる。例えば、振動可視化素子１Ａ，１Ｂの形状を三角形や四角形などの図形や、文字にしてもよい。この場合、振動可視化素子１Ａと振動可視化素子１Ｂとで形状を異ならせ、計測対象物１００の全体に分散して配置すれば、計測対象物１００の２軸方向の振動を独立して計測することが可能になる。また、Ｘ方向の振動に対して感度を有する振動可視化素子を、振動可視化素子１Ａ，１Ｂの形状と異なる形状に形成してもよい。この振動可視化素子と振動可視化素子１Ａ，１Ｂを、計測対象物１００の全体に分散して配置すれば、計測対象物１００の３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）の振動を独立して計測することが可能になる。
　また、本第１実施形態では、光学部材１２が備える３枚の鏡のうちの１枚を可動鏡１３とし、２枚を固定鏡１４としたが、本開示はこれに限定されない。例えば、光学部材１２が備える３枚の鏡のうちの２枚を可動鏡１３とし、１枚を固定鏡１４としてもよい。この場合、２枚の可動鏡１３は、固定鏡１４の２辺に弾性部材（例えばヒンジ及びアーム角度が９０度のトーションばね）で接続されていてもよい。なお、２枚の可動鏡１３が互いに直接衝突しないように、２枚の可動鏡１３と固定鏡１４との間に隙間が設けられている。２枚の可動鏡１３が互いに直接衝突しないように、２枚の可動鏡１３に緩衝材を設けてもよい。この構成によれば、２軸方向の振動に対して感度を有することができる。但し、この構成では、１台の撮影装置３では、振動方向を検出することが困難である。この場合、２台以上の撮影装置３を設置することができる。例えば、再帰性反射方向に対してＺ方向にずれて進行方向Ｂ１に進む光又は電磁波を検出するために、図１に示す撮影装置３の上方にもう１台の撮影装置３を設置してもよい。この構成によれば、Ｚ方向の振動成分を同定でき、撮影装置３の検出信号からＺ成分を除くことで、Ｙ方向の成分を抽出することができる。
　また、本第１実施形態では、光学部材１２が備える３枚の鏡を備えるものとしたが、本開示はこれに限定されない。例えば、光学部材１２は、１枚の可動鏡１３と１枚の固定鏡１４の２枚の鏡を備えるものであってもよい。この場合、光学部材１２に対して斜めから入射した光又は電磁波に対して再帰性反射することはできないが、光学部材１２に対して垂直に入射した光又は電磁波に対しては再帰性反射することができる。
　また、図１～図５Ｂでは、可動鏡１３及び固定鏡１４の形状を矩形として示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、可動鏡１３及び固定鏡１４の形状は三角形であってもよい。
　なお、可動鏡１３、固定鏡１４、及びばね１５は、例えば、ステンレスなどの金属箔（数μｍから１００μｍ程度の厚さ）をレーザなどで切断、折り曲げ、接着、溶接などで加工することにより作成することができる。また、可動鏡１３及び固定鏡１４は、例えば、プラスチックの金型成形で本体を形成し、当該本体の表面にアルミニウムなどを蒸着することにより鏡面を形成してもよい。また、ばね１５の一端部および固定鏡１４を支持する振動可視化素子１の筐体１１は、プラスチックの金型成形などにより正確に角度、形状を作成することが望ましい。
　なお、照明装置２が電磁波を照射するものである場合、当該電磁波は光よりも波長の長い電磁波であることが望ましい。また、この場合、可動鏡１３及び固定鏡１４のフラットな状態の鏡面のサイズは、電磁波の波長より大きいことが望ましい。これにより、照明装置２が光を照射する場合と同様に取り扱うことができる。なお、波長の長い電磁波を用いた場合、より離れた場所、例えば衛星からでも振動計測が可能となる。
　次に、本第１実施形態に係る振動計測システムを用いた振動計測方法について説明する。図６は、当該振動計測方法のフローチャートである。ここでは、図７に示すように、計測対象物１００が橋梁であるとする。また、以下では説明を簡単にするため、照明装置２は光のみを照射するものとし、電磁波についての説明は省略する。
　まず、ステップＳ１では、計測対象物１００に複数の振動可視化素子１を取り付ける。
　なお、振動可視化素子１は、計測対象物１００の種類や構造に依存するが、計測対象物１００の劣化し易い部分を中心として、計測対象物１００の全体の振動モードが推定できるように分散させて設置することが望ましい。本第１実施形態に係る振動可視化素子１は、ＣＰＵ等の消費電力が大きい部品を含まないので、計測対象物１００に一旦取り付ければ長期間使用することができる。このため、振動可視化素子１が計測対象物１００から外れないように、しっかり固定することが望ましい。
　次に、ステップＳ２では、図７に示すように、計測対象物１００に向けて照明装置２から光を照射し、振動可視化素子１の光学部材１２によって再帰性反射方向に反射された光を含む映像を撮影装置３により撮影する。
　なお、ステップＳ２において、撮影装置３により撮影する映像は、複数の振動可視化素子が計測対象物１００の振動に応じて明滅する映像となる。計測対象物１００が橋梁である場合、橋梁の振動は、主に、Ｚ方向（即ち、鉛直方向）とＹ方向（即ち、橋の長軸方向）の２軸方向の成分からなることが知られている。このため、図５Ａに示す振動可視化素子１Ａと図５Ｂに示す振動可視化素子１Ｂとを、橋梁の全体に分散して配置することで、Ｚ方向とＹ方向の２軸方向の振動計測を行うことができる。
　次に、ステップＳ３では、振動計測装置４が、撮影装置３が撮影した映像に基づいて計測対象物１００の振動を計測する。例えば、振動計測装置４は、撮影装置３により撮影した映像の各フレームの画像から特定位置の画素の輝度変化をサンプリングするなどの画像処理を行う。これにより、映像に映っている複数の振動可視化素子１の振動波形を抽出することができ、計測対象物１００の複数箇所の振動の周波数、位相、及び振幅を計測することができる。
　本第１実施形態に係る振動計測方法によれば、計測対象物１００の振動に応じて複数の振動可視化素子１が明滅するので、計測対象物１００の当該振動を目視により観測することもできる。また、振動可視化素子１に再帰性反射される光は、高い指向性を有しているので、例えば、計測対象物１００から数百ｍ離れた位置からでも観測することが可能である。また、撮影装置３自体が微振動するなどして多少の焦点のボケやブレが生じた場合であっても、反射光の輝度の変化を検知することができれば、計測対象物１００の振動を計測することができる。したがって、本第１実施形態に係る振動計測方法は、従来の方法に比べてノイズや環境の変化に対して強い計測方法であると言える。
　なお、振動計測装置４は、計測した計測対象物１００の振動データを蓄積して記憶する記憶部と、文字や音等により異常を報知する報知部を備えることが望ましい。記憶部は、例えば、半導体メモリである。報知部は、例えば、モニタ及び／又はスピーカである。この構成によれば、記憶部に蓄積された過去の振動データと今回計測した振動データとを比較することで、計測対象物１００の異常箇所及び程度を検出することが可能になる。また、当該検出結果に基づいて報知部が管理者に異常を報知することで、計測対象物１００に対する早期のメンテナンスを可能にすることができる。
　なお、ステップＳ２において、照明装置２から照射する光は、計測対象物１００の振動周波数付近で周期的に点滅させてもよい。この場合、ストロボ撮影により、計測対象物１００の振動周波数とストロボの周波数との差分周波数がうねるように振動するので、当該うねりから振動数の詳細な周波数の同定を行うことが可能になる。
　なお、照明装置２及び撮影装置３は、計測対象物１００から離れた位置で固定されてもよいし、車やヘリコプターなどの移動体に設置されてもよい。照明装置２及び撮影装置３を計測対象物１００から離れた位置に固定する場合は、例えば、安全や演出のために橋梁を照らしている照明装置の横に設置してもよい。これにより、定点観測が行える。
　また、照明装置２及び撮影装置３を車に設置する場合は、車の重量や速度を一定にしておくことで、車の重量が刺激となり、計測対象物１００の振動を安定して計測することができる。なお、車などの移動体に搭載された撮影装置３で撮影した場合には、撮影した映像の中で振動可視化素子１の位置は移動するが、一旦位置を同定すれば、画像処理で特徴を抽出して追跡することは容易である。
　なお、一般的に普及しているデジタルカメラで可視光による撮影を行う場合は、太陽光による影響が少ない状況、例えば、夜間に撮影を行う方がよい。この場合、撮影装置３が撮影した映像には、例えば、図８に示すように、照明装置２により薄暗く照らされた計測対象物１００と、再帰性反射により明るく光る振動可視化素子１と、街灯やビルの明かりなどの背景が含まれる。この映像から複数の振動可視化素子１の位置を抽出する必要がある。この場合、例えば、振動計測の開始時又は振動計測中において、照明装置２の光を点滅させ、振動可視化素子１に反射された光と照明装置２の光とが同期して点滅する部分を特定することにより、振動可視化素子１の位置を同定することが可能である。すなわち、照明装置２から複数の振動可視化素子１に光を点滅させて照射し、撮影装置によって反射光を含む映像を撮影する。撮影した映像において、照明装置２からの光の点滅と同期して点滅する周囲よりも明るい部分を特定することにより、複数の振動可視化素子の位置を同定することができる。
　なお、照明装置２として、水分子の吸収により、地上での太陽光のスペクトルが弱い波長域、例えば１．３５μｍ付近や１．１５μｍ付近の光を発光するＬＥＤを使用してもよい。この場合、太陽光による影響を少なくすることができ、昼間でもＳＮ比の高い振動計測が可能になる。
　次に、振動可視化素子１の可動鏡１３の望ましい設計パラメータについて説明する。
　３枚の鏡による再帰性反射は、各鏡面が互いに直交している場合、理論的には分散角が無限小の指向性となる。しかしながら、実際には、鏡面には反りや凹凸があるのが通常である。また、複数の３枚の鏡の集合体である場合、角度のばらつきも生じる。このため、再帰性反射光に広がりが生じる。
　図９は、３枚の鏡による再帰性反射の実際の特性を示す図であり、照明の入射方向（＝再帰性反射方向）を０度とし、観測角を変化させながら、反射光の輝度を測定した結果を示す図である。図６において、横軸は観測角を示し、縦軸は輝度を示している。
　図９に示すように、反射光の輝度は観測角が小さいほど明るくなる。観測角が約２°以上の場合、輝度はほぼ０（ｃｄ／ｌｘ・ｍ２）になる。一方、図１において、固定鏡１４に対する可動鏡１３の角度が９０°からθ°ずれたとき、反射方向は２θ°ずれる。すなわち、図９の再帰性反射の特性を有する光学部材１２の可動鏡１３は、固定鏡１４に対する角度が９０°から１°ずれれば、反射光の輝度は０になる。このため、計測対象物１００にて想定される振動の最大加速度を振動可視化素子１に加えたときに、可動鏡１３の角度が１°以下の範囲で変化するように設計することが望ましい。これにより、振動可視化素子１の振動の振幅に対して正の相関がある反射光の輝度を得ることができる。
　なお、可動鏡１３の運動方程式は、基本的にはばね１５の振動に基づいて計算することができる。すなわち、質量ｍ、加速度α、ばね定数ｋ、ばねの変位ｘ（またはθ）とした場合、ｍα＝－ｋｘとなる。このため、計測対象物１００の加速度αに応じて、ばね１５のばね定数及び質量を設定することができる。
　また、前記運動方程式での固有振動数（Ｈｚ）は、λ＝（１／２π）（ｋ／ｍ）１／２となる。振動可視化素子１が受ける振動の周波数が可動鏡１３の固有振動数に近い場合、共振が生じるおそれがある。このため、可動鏡１３の固有振動数は、例えば、計測対象物１００の最大周波数の３倍程度の大きさにすることが望ましい。計測対象物１００が橋梁の場合は、１０～５０Ｈｚ程度が最大となるので、３０～１５０Ｈｚ程度に設定すると、周波数依存が小さくなる。
　また、可動鏡１３の固有振動数は、以下のように設定してもよい。図１０は、可動鏡１３の固有振動数が異なる３つの振動可視化素子１の周波数依存性を示す特性図である。図１０の特性は、加振器上に振動可視化素子１を設置し、印加する振動の周波数と強度を変えて、照明装置の近傍に配置した輝度計により、再帰性反射方向の反射光の輝度の振幅を測定し、振動の振幅と輝度の振幅との比率から相対感度を算出したものである。
　一点鎖線６０、実線６１、点線６２は、それぞれ可動鏡１３の固有振動数が５．０Ｈｚ、６．０Ｈｚ、７．０Ｈｚであるときの相対感度を示している。例えば、可動鏡１３の固有振動数が６．０Ｈｚである場合、実線６１に示すように、２Ｈｚ以下では相対感度が“１０”程度であるのに対して、６．０Ｈｚでは共振して相対感度が“２００”以上になる。すなわち、周波数が６Ｈｚであるときの相対感度は、周波数が２Ｈｚ以下であるときの相対感度の２０倍以上である。この通常時と共振時との相対感度の違いを利用すれば、振動可視化素子１の感度を高めることが可能になる。
　例えば、可動鏡１３の固有振動数が異なる３つの振動可視化素子１の各々の前方に、異なる色のカラーフィルタを配置してもよい。ここでは、可動鏡１３の固有振動数が５．０Ｈｚ、６．０Ｈｚ、７．０Ｈｚである３つの振動可視化素子１の各々の前方に、青色、緑色、赤色のカラーフィルタを配置するものとする。これら３つの振動可視化素子１の可動鏡１３は、振動可視化素子１に印加された振動に応じて振動する。このとき、それぞれの振動可視化素子１により反射される再帰性反射方向の反射光の輝度が異なるので、撮影装置３が撮影する反射光の色が異なって見える。
　例えば、各振動可視化素子１に６．０Ｈｚの振動を印加したとき、反射光はほぼ緑色のみが点滅するため、補色のマゼンタの点滅が見える。一方、各振動可視化素子１に５．５Ｈｚの振動を印加したとき、反射光は、緑色と青色の点滅とが混合され、補色の赤の点滅に見える。すなわち、反射光の色（波長分散）の違いにより、振動可視化素子１に印加された振動の周波数を知ることができる。この関係を利用することで、動画に限らず静止画像でも、計測対象物１００の振動を分析することが可能となる。
　なお、この場合、振動可視化素子１を計測対象物１００に設置する前に、あらかじめ計測対象物１００の固有振動数を調べ、当該計測対象物１００の固有振動数の近くになるように、複数の振動可視化素子１の各可動鏡１３の固有振動数を設定することが望ましい。可動鏡１３の固有振動数の調整は、例えば、ばね１５の加工寸法を調整したり、ばね１５に錘を付けたりすることにより可能である。
　（第２実施形態）
　図１１は、本開示の第２実施形態に係る振動計測システムの概略構成図である。
　本第２実施形態に係る振動計測システムが前記第１実施形態に係る振動計測システムと異なる点は、可動鏡１３及びばね１５に代えて、複数の可動鏡２１、連結部材２２、錘２３、及び弾性部材の一例である複数のばね２４を備えている点である。他の部分は第１実施形態と同様である。
　複数の可動鏡２１は、細長く形成され、それぞれ平行に配置されている。複数の可動鏡２１の合計面積は、実施形態１の１枚の可動鏡１３の面積とほぼ同じである。複数の可動鏡２１の各一端部は、連結部材２２を介して錘２３に連結されている。可動鏡２１は、光学部材の一部の一例である。錘２３は、複数のばね２４を介して筐体１１に取り付けられている。複数の可動鏡２１の各他端部は、回転軸２５に連結されている。各回転軸２５は、例えば、筐体１１に固定されている。計測対象物１００が振動したとき、各ばね２４が振動し、それに伴い、図１１において点線及び実線に示すように、各可動鏡２１が回転軸２５を中心に回動する。これにより、各可動鏡２１の固定鏡１４に対する角度が可変する。
　本第２実施形態によれば、計測対象物１００の振動が微小であっても、各可動鏡２１の固定鏡１４に対する角度を大きく変化させることができる。これにより、計測対象物１００が固有振動数の低い大型構造物であっても、その振動をより感度良く計測することができる。
　（第３実施形態）
　図１２Ａ及び図１２Ｂは、本開示の第３実施形態に係る振動計測システムが備える振動可視化素子の概略構成図である。
　本第３実施形態に係る振動計測システムが前記第１実施形態に係る振動計測システムと異なる点は、光学部材１２に代えて、ビーズ型構造を有する光学部材３１を備えている点である。他の部分は第１実施形態と同様である。
　光学部材３１は、球状レンズ３２と、球状レンズ３２の後方（照明装置２より離れる側）に配置され、球状レンズ３２とは独立して移動可能な凹面反射材３３とを備えている。凹面反射材３３は、球状レンズ３２と同心円の凹面を有している。すなわち、凹面反射材３３は、部分球状の形状を有する。球状レンズ３２は光学部材３１の一部の一例であり、凹面反射材３３は光学部材３１の他の部分の一例である。
　本実施形態の振動可視化素子１の筐体１１が静止しているとき、照明装置２から照射された光又は電磁波は、図１２Ａに示すように、球状レンズ３２を通過して凹面反射材３３上で集光される。その後、当該光又は電磁波は、凹面反射材３３に反射されて再び球状レンズ３２に入射し、球状レンズ３２の球中心に対して対称な経路を通って、再帰性反射方向に進行する。このとき、再帰性反射方向における反射光の輝度又は電磁波の量は最大となる。
　これに対して、振動可視化素子１の筐体１１が動き、図１２Ｂに示すように、光学部材３１の球状レンズ３２と凹面反射材３３との相対位置がずれたとき、反射光又は電磁波の進行方向Ｂ３は、再帰性反射方向Ａ１からずれる。このとき、撮影装置３は、再帰性反射方向における反射光又は電磁波を受けることはできない。
　従って、振動可視化素子１の筐体１１が振動し、それに応じて光学部材３１の球状レンズ３２が振動すると、撮影装置３が受ける再帰性反射方向における反射光の輝度又は電磁波の量が変化する。この反射光の輝度又は電磁波の量の変化に基づいて、計測対象物１００の振動計測を行うことが可能になる。
　また、本第３実施形態において、光学部材３１は、複数敷き詰めるように配置されている。各光学部材３１の球状レンズ３２は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、支持部材３４によりそれぞれ支持されている。支持部材３４は、例えば、球状レンズ３２を受け容れる複数の穴を有する板状の部材であり、弾性部材の一例であるばね３５を介して振動可視化素子１の筐体１１に取り付けられている。支持部材３４は、例えば、樹脂、金属またはこれらの組合せで構成される。
　本第３実施形態によれば、光学部材３１が再帰性反射性を有しているので、１つの照明装置２で複数の光学部材３１に光又は電磁波を照射することで、当該複数の光学部材３１の反射光又は電磁波を１つの撮影装置３で受けることができる。すなわち、計測対象物１００に複数の振動可視化素子１を貼り付け、それらの振動可視化素子１に照明装置２から光又は電磁波を照射することで、それら複数の振動可視化素子１により反射された反射光の輝度又は電磁波の量の変化を撮影装置３で同時に計測することができる。これにより、計測対象物１００の全体の振動計測をより短時間で行うことが可能になる。なお、計測対象物１００の振動に同期して球状レンズ３２が振動するようにすれば、計測対象物１００の振動計測をより正確に行うことが可能になる。
　また、本第３実施形態によれば、振動可視化素子１がＣＰＵ等の消費電力が大きい部品を含まないので、電池を交換する必要性を無くして、メンテナンス回数をより少なくすることができる。また、振動可視化素子１の製造コストを安くすることができ、腐食などの劣化を抑えることができる。
　（第４実施形態）
　図１３Ａ及び図１３Ｂは、本開示の第４実施形態に係る振動計測システムが備える振動可視化素子の概略構成図である。
　本第４実施形態に係る振動計測システムが前記第１実施形態に係る振動計測システムと異なる点は、光学部材１２に代えて、コーナーキューブ型構造を有する光学部材４１を備えている点である。他の部分は第１実施形態と同様である。
　光学部材４１は、コーナーキューブ４２と、当該コーナーキューブ４２の頂部に接触してコーナーキューブ４２を変形させることが可能な変形部材４３とを備えている。
　コーナーキューブ４２は、シリコーンゴムやゲルなどの透明で柔軟な樹脂で形成され、立方体の角部を形成する３つの面を有している。コーナーキューブ４２は、当該３つの面で再帰性反射を行うことが可能である。また、コーナーキューブ４２は、振動可視化素子１の筐体１１の内面に取り付けられている。
　変形部材４３は、錘４４に取り付けられている。変形部材４３は、例えば、ゴム、樹脂または金属などの平板であって、コーナーキューブ４２の頂部を受け入れる凹部を有する。コーナーキューブ４２の頂部は、接着剤などで変形部材４３に固定されていてもよい。錘４４は、例えば、平板状に形成されている。錘４４の両端部は、弾性部材の一例であるばね４５を介して振動可視化素子１の筐体１１に取り付けられている。本第４実施形態において、筐体１１は、光又は電磁波を透過する部材で構成されている。
　振動可視化素子１の筐体１１が静止しているとき、照明装置２から照射された光又は電磁波は、図１３Ａに示すように、筐体１１を通過してコーナーキューブ４２に入射し、コーナーキューブ４２の面と空気との界面で全反射される。その後、当該光又は電磁波は、コーナーキューブ４２の内部及び筐体１１を通って、再帰性反射方向に進行する。このとき、再帰性反射方向における反射光の輝度又は電磁波の量は最大となる。
　これに対して、振動可視化素子１の筐体１１が動き、図１３Ｂに示すように、コーナーキューブ４２と変形部材４３との相対位置がずれたとき、変形部材４３がコーナーキューブ４２の頂部を変形させる。これにより、コーナーキューブ４２の面がやや湾曲するとともに、面間の角度が直角ではなくなる。その結果、コーナーキューブ４２の面と空気との界面で反射される光又は電磁波の進行方向Ｂ４が再帰性反射方向Ａ１からずれる。このとき、撮影装置３は、再帰性反射方向における反射光又は電磁波を受けることはできない。コーナーキューブ４２の頂部は、光学部材４１の一部の一例である。コーナーキューブ４２の頂部以外の部分は、光学部材４１の他の部分の一例である。
　従って、振動可視化素子１の筐体１１が振動し、それに応じて光学部材４１のコーナーキューブ４２が振動すると、撮影装置３が受ける再帰性反射方向における反射光の輝度又は電磁波の量が変化する。この反射光の輝度又は電磁波の量の変化に基づいて、計測対象物１００の振動計測を行うことが可能になる。
　また、本第４実施形態において、光学部材４１は、複数敷き詰めるように配置されている。各光学部材４１のコーナーキューブ４２は、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、互いに一部を共有するように連結されている。すなわち、複数の光学部材４１は、プリズム状のシートで構成されている。各光学部材４１の変形部材４３は、一枚の平板状に一体化されている。
　本第４実施形態によれば、光学部材４１が再帰性反射性を有しているので、１つの照明装置２で複数の光学部材４１に光又は電磁波を照射することで、当該複数の光学部材４１の反射光又は電磁波を１つの撮影装置３で受けることができる。すなわち、計測対象物１００に複数の振動可視化素子１を貼り付け、それらの振動可視化素子１に照明装置２から光又は電磁波を照射することで、それら複数の振動可視化素子１により反射された反射光の輝度又は電磁波の量の変化を撮影装置３で同時に計測することができる。これにより、計測対象物１００の全体の振動計測をより短時間で行うことが可能になる。なお、計測対象物１００の振動に同期して変形部材４３が振動するようにすれば、計測対象物１００の振動計測をより正確に行うことが可能になる。
　また、本第４実施形態によれば、振動可視化素子１がＣＰＵ等の消費電力が大きい部品を含まないので、電池を交換する必要性を無くして、メンテナンス回数をより少なくすることができる。また、振動可視化素子１の製造コストを安くすることができ、腐食などの劣化を抑えることができる。
　なお、本第４実施形態では、各光学部材の変形部材４３は、一枚の平板状に一体化されているものとしたが、本開示はこれに限定されない。変形部材は、振動可視化素子１の振動に応じてコーナーキューブ４２の一部を変形させ、反射光又は電磁波の反射方向を再帰性反射方向からずらすことが可能なものであればよい。例えば、変形部材は、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、錘４２の表面からコーナーキューブ４２側へ突出する突起部５１であってもよい。振動可視化素子１の振動に応じて突起部５１がコーナーキューブ４２の一部に接触して変形させることで、本第４実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、変形部材が図１４Ａ及び図１４Ｂに示すような突起部５１である場合、コーナーキューブ４２の面に凹凸を生じさせ、反射光を拡散させることができる。なお、突起部５１は、振動可視化素子１が振動しない静止状態において、コーナーキューブ４２に接触していてもよいし、非接触であってもよい。
　（実施例）
　図１５は、全長５６０ｍの道路橋の橋桁上で加速度センサにより計測したＺ方向の加速度を示すグラフである。図１６は、当該振動加速度の周波数を示すグラフである。図１５に示すように、加速度は±０．５ｍ／ｓ２以下の範囲にあった。また、図１６に示すように、周波数は３．９Ｈｚに主なピークがあった。これらのデータに基づき、加速度が０．５ｍ／ｓ２のときに、固定鏡に対する可動鏡の角度が直角から１°ずれるように振動可視化素子を作成した。より具体的には、振動可視化素子を以下のようにして作成した。
　振動可視化素子が備える光学部材は、厚さ１５ミクロンのステンレス箔をレーザ加工で切断することにより固定鏡、可動鏡、及びばねを切り出し、金型を用いて２枚の固定鏡と可動鏡とが互いに直交するように折り曲げることにより作成した。
　固定鏡の一辺は９００μｍとし、可動鏡の一辺は８００μｍとした。ばねは、可動鏡の固有振動数が約３０Ｈｚであり、４Ｈｚで０．５ｍ／ｓ２の加速度を与えたときに約１°可動鏡が動くように、強度を調整した。ばねの強度の調整は、ばねの長さ及び幅をレーザでトリミングしながら、加振器による可動鏡の振動特性を調べることにより行った。
　このようにして作成した光学部材を複数敷き詰め、各光学部材の固定鏡の裏面を切削により作成したアクリル樹脂の筐体を接着することにより、約１０ｃｍ角の振動可視化素子を作成した。この振動可視化素子を複数作成し、それらを前述の道路橋の橋桁の側面に取り付けた。
　その後、夜間に、橋桁から約５０ｍ離れた河原から、照明装置から光を照射しながら撮影装置により動画撮影を行った。撮影装置としては、１２０Ｈｚのハイビジョン動画撮影ができる機種のデジタルカメラを使用した。照明装置としては、当該デジタルカメラに取り付けたＬＥＤビデオライトを使用した。
　その後、デジタルカメラで撮影した映像に基づいて振動計測装置により橋桁の振動を計測した。振動計測装置は、パーソナルコンピュータにインストールしたソフトウェアにより実現した。
　また、デジタルカメラによる撮影開始時において、ＬＥＤビデオライトを点滅させたところ、振動可視化素子が同時に点滅するのを確認した。これにより、振動可視化素子の位置を同定した。
　その後、ＬＥＤビデオライトを常時点灯させてデジタルカメラで撮影した。撮影した映像により、車が橋梁を通過するときに、振動可視化素子が点滅するのをはっきりと確認した。また、別途作成した画像解析ソフトウェアにより、位置を同定した振動可視化素子に対応する画素領域の輝度をフレーム毎にカウントし、各振動可視化素子の輝度信号を抽出したところ、図１５の加速度の絶対値と同様の変化を輝度信号が示した。周波数の主なピークは７．８Ｈｚであった。輝度信号は加速度の絶対値に比例する為、周波数は２倍になる。従って、橋梁の固有振動の３．９Ｈｚと対応することが確認され、構造物の固有振動数を検出できることが確認できた。なお、撮影の角度や距離を変えても、同様の振動計測が可能であった。
　以上のようにして、本開示に係る振動可視化素子を計測対象物に貼り付けることで、遠方から振動計測を行えることを確認した。
　なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
　本開示は、添付図面を参照しながら幾つかの実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。上述した実施形態および変形例では、弾性部材の例として、一つ又は複数のばね１５、２４、３５および４５を挙げたが、弾性部材はばねに限定されず、ばねでなくてもよい。弾性部材は、例えば、ゴムであってもよい。
　本開示は、計測対象物全体の振動計測をより短時間で行うことを可能にするとともに、メンテナンスの回数をより少なくすることができるので、橋梁やトンネルなどの公共の構造物のみならず、機械、ビルなどの健全度の評価、監視に有用である。また、振動可視化素子のサイズを大きくすれば、航空機や衛星から計測対象物全体の振動計測を行うこともでき、地震の計測、監視にも応用可能である。
　　１　　振動可視化素子
　　２　　照明装置
　　３　　撮影装置
　　４　　振動計測装置
　１１　　筐体
　１２　　光学部材
　１３　　可動鏡
　１４　　固定鏡
　１５　　ばね（弾性部材）
　２１　　可動鏡
　２２　　連結部材
　２３　　錘
　２４　　ばね（弾性部材）
　２５　　回転軸
　３１　　光学部材
　３２　　球状レンズ
　３３　　凹面反射材
　３４　　支持部材
　３５　　ばね（弾性部材）
　４１　　光学部材
　４２　　コーナーキューブ
　４３　　変形部材
　４４　　錘
　４５　　ばね（弾性部材）
１００　　計測対象物

Claims (15)

  1. 　計測対象物に取り付けられ、当該計測対象物に加わった振動を可視化する振動可視化素子であって、
    　光又は電磁波に対して再帰性反射性を有する一つ又は複数の光学部材を備え、
    　前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれにおいて、当該光学部材の一部が当該光学部材の他の部分に対して前記振動に応じて相対的に動くことにより、前記一つ又は複数の光学部材が再帰性反射方向に出射する反射光の輝度又は反射電磁波の量が変化する、振動可視化素子。
  2. 　前記振動可視化素子は、更に、筐体を備え、
    　前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれは、互いに直交するように配置された３枚の鏡を備え、
    　前記３枚の鏡は、前記筐体に固定された少なくとも１枚の固定鏡と、前記少なくとも１枚の固定鏡に対して前記振動に応じて相対的に動く少なくとも１枚の可動鏡とを含み、
    　前記少なくとも１枚の固定鏡と前記少なくとも１枚の可動鏡とが成す角度が前記振動に応じて変化することにより、前記一つ又は複数の光学部材が前記再帰性反射方向に出射する前記反射光の輝度又は前記反射電磁波の量が変化する、
    　請求項１に記載の振動可視化素子。
  3. 　前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれは、さらに、前記一つ又は複数の光学部材が前記再帰性反射方向に出射する前記反射光の輝度又は前記反射電磁波の量が前記振動と同期して振動するように前記少なくとも１枚の可動鏡を前記少なくとも１枚の固定鏡の少なくとも１枚に接続する弾性部材を備える、請求項２に記載の振動可視化素子。
  4. 　前記一つ又は複数の光学部材は、複数の光学部材であり、
    　前記複数の光学部材は、敷き詰めるように配置される、請求項２又は３に記載の振動可視化素子。
  5. 　前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれは、球状レンズと、前記球状レンズの後方に配置され、前記球状レンズとは独立して移動可能な凹面反射材と、を備え、
    　前記球状レンズと前記凹面反射材との相対位置が前記振動に応じて動くことにより、前記一つ又は複数の光学部材が前記再帰性反射方向に出射する前記反射光の輝度又は前記反射電磁波の量が変化する、
    　請求項１に記載の振動可視化素子。
  6. 　前記振動可視化素子は、更に、筐体と支持部材と弾性部材とを備え、
    　前記一つ又は複数の光学部材は、複数の光学部材であり、
    　前記複数の光学部材のそれぞれの前記球状レンズは、前記支持部材により支持され、
    　前記支持部材は、前記弾性部材を介して前記筐体に取り付けられる、
    　請求項５に記載の振動可視化素子。
  7. 　前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれは、コーナーキューブと、前記コーナーキューブの一部と接触可能な変形部材とを備え、
    　前記振動に応じて前記変形部材が前記コーナーキューブの一部と接触して当該コーナーキューブを変形させることにより、前記一つ又は複数の光学部材が前記再帰性反射方向に出射する前記反射光の輝度又は前記反射電磁波の量が変化する、請求項１に記載の振動可視化素子。
  8. 　前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれにおいて、前記光学部材の前記一部と前記光学部材の前記他の部分とが成す角度が前記振動に応じて変化することにより、前記一つ又は複数の光学部材が前記再帰性反射方向に出射する前記反射光の輝度又は前記反射電磁波の量が変化する請求項１に記載の振動可視化素子。
  9. 　請求項１～８のいずれか１つに記載された一つ又は複数の振動可視化素子と、
    　前記一つ又は複数の振動可視化素子に向けて前記光又は前記電磁波を照射する照明装置と、
    　前記一つ又は複数の振動可視化素子それぞれの前記一つ又は複数の光学部材によって再帰性反射方向に出射された前記反射光又は前記反射電磁波を含む映像を撮影する撮影装置と、
    　前記撮影装置が撮影した映像に基づいて前記計測対象物に加わった前記振動を計測する振動計測装置と、
    　を備える、振動計測システム。
  10. 　更に、透過波長帯が互いに異なる第１及び第２のカラーフィルタを備え、
    　前記一つ又は複数の振動可視化素子は、第１および第２振動可視化素子を含み、
    　前記第１振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれの前記一部が前記振動に応じて動く方向は、前記第２振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれの前記一部が前記振動に応じて動く方向と異なり、
    　前記第１のカラーフィルタは、少なくとも前記第１振動可視化素子に入射する前記光又は前記電磁波の光路上又は前記第１振動可視化素子から出射される前記反射光又は前記反射電磁波の光路上に配置されており、
    　前記第２のカラーフィルタは、少なくとも前記第２振動可視化素子に入射する前記光又は前記電磁波の光路上又は前記第１振動可視化素子から出射される前記反射光又は前記反射電磁波の光路上に配置されている、請求項９に記載の振動計測システム。
  11. 　前記一つ又は複数の振動可視化素子は、第１および第２振動可視化素子を含み、
    　前記第１振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれの前記一部が前記振動に応じて動く方向は、前記第２振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材の前記一部が前記振動に応じて動く方向と異なり、
    　前記第１振動可視化素子の形状は、前記第２振動可視化素子の形状と異なる、請求項９に記載の振動計測システム。
  12. 　更に、透過波長帯が互いに異なる第１及び第２のカラーフィルタを備え、
    　前記一つ又は複数の振動可視化素子は、第１および第２振動可視化素子を含み、
    　前記第１振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれの前記一部が有する固有振動数が、前記第２振動可視化素子の前記一つ又は複数の光学部材のそれぞれの前記一部が有する固有振動数と異なり、
    　前記第１のカラーフィルタは、少なくとも前記第１振動可視化素子に入射する前記光又は前記電磁波の光路上又は前記第１振動可視化素子から出射される前記反射光又は前記反射電磁波の光路上に配置されており、
    　前記第２のカラーフィルタは、少なくとも前記第２振動可視化素子に入射する前記光又は前記電磁波の光路上又は前記第１振動可視化素子から出射される前記反射光又は前記反射電磁波の光路上に配置されている、請求項９に記載の振動計測システム。
  13. 　請求項１～１２のいずれか１つに記載された一つ又は複数の振動可視化素子を用いて前記計測対象物の振動を計測する方法であって、
    　前記一つ又は複数の振動可視化素子を前記計測対象物に取り付け、
    　前記一つ又は複数の振動可視化素子に前記光又は前記電磁波を照射しながら、当該一つ又は複数の振動可視化素子それぞれの前記一つ又は複数の光学部材によって前記再帰性反射方向に出射された前記反射光又は前記反射電磁波を含む映像を撮影し、
    　前記撮影した映像に基づいて前記計測対象物の振動を計測する、
    　振動計測方法。
  14. 　前記一つ又は複数の振動可視化素子は、複数の振動可視化素子であり、
    　前記複数の振動可視化素子は、互いに異なる方向の振動に対して感度を有するように前記計測対象物に取り付けられる、請求項１３に記載の振動計測方法。
  15. 　前記計測対象物の振動計測の開始時又は振動計測中において、
    　前記一つ又は複数の振動可視化素子に前記光又は前記電磁波を点滅させて照射し、
    　前記撮影した映像において、前記光又は前記電磁波の点滅と同期して点滅する部分を特定することにより、前記振動可視化素子の位置を同定する、請求項１３又は１４に記載の振動計測方法。
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