JP2004301571A - Monitoring device of structure and its monitoring system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monitoring device of a structure and its monitoring system capable of transmitting a measurement result simultaneously by radio without requiring a special power source. <P>SOLUTION: This monitoring device 3 is a device for monitoring the state of the structure such as a bridge, and is installed on a plurality of measuring points on the bridge. When a train passes on the bridge, the bridge is vibrated and the power corresponding to the vibration is generated from a piezoelectric material 4. The power generated from the piezoelectric material 4 is accumulated in a power accumulator 7, and the power is measured by a control part 8 and the measurement result is stored in a storage part 9. When a transmission command of the measurement result is received from a communication device separated from the monitoring device 3 by a radio communication part 10, the measurement result is read out of the storage part 9 by the control part 8 and the measurement result is transmitted by the radio communication part 10. In this case, since the measurement result is transmitted by the radio communication part 10 by using the power accumulated in the power accumulator 7 as a power source, the state of the bridge can be monitored with no power source and the measurement result can be transmitted wirelessly. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、構造物の状態を監視する構造物の監視装置とその監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、列車が通過する鋼橋やコンクリート橋などの長大構造物を維持管理する場合には、遠隔地の現場まで保守担当者が出向き目視や巡回によって危険箇所を点検して構造物の状態を監視する必要があった。このため、鉄道を運行休止や道路を交通規制して点検作業をしたり、列車が走行していない夜間などに点検作業をしたりする必要があり、保守担当者にとって非常に労力が大きかった。一方、このような長大構造物の状態を監視する構造物の監視システムが知られている。従来の構造物の監視システムは、船舶や橋梁などの大型構造物の複数の測定点における振動を測定する複数の振動測定器と、この大型構造物から離れた監視室内に設置されており複数の振動測定器から送信される測定結果を記録し分析するセンタ装置と、各振動測定器とセンタ装置とを接続する同軸ケーブルとを備えている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１７８５４７号公報（段落番号００１２及び図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の構造物の監視システムでは、通常、長大構造物から離れた位置に監視室が設置されており、各振動測定器とセンタ装置とを接続するために長大な同軸ケーブルや光ファイバケーブルなどを敷設する必要があった。その結果、従来の構造物の監視システムでは、システム全体が複雑で大規模になるとともに、ケーブルを敷設するための工事が必要になるという問題があった。
【０００５】
この発明の課題は、特別な電源を必要とせず測定結果を無線でリアルタイムに送信することができる構造物の監視装置とその監視システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、構造物（１）の状態を監視する構造物の監視装置であって、前記構造物の振動を電気信号に変換する機械電気変換手段（４，４Ａ）と、前記機械電気変換手段が出力する前記電気信号を測定（Ｓ１４０）する測定手段（８ｃ）と、前記測定手段の測定結果を送信（Ｓ１７０）する送信手段（１０）とを備え、前記機械電気変換手段は、前記構造物の振動に応じて電力を発生し、前記送信手段は、前記電力を電源として前記測定結果を送信（Ｓ１７０）することを特徴とする構造物の監視装置（３）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構造物の監視装置において、前記電力を蓄積（Ｓ１２０）する蓄電手段（７）と、前記測定手段の測定結果を記録（Ｓ１５０）する記憶手段（９）とを備え、前記送信手段は、前記蓄電手段が蓄積する前記電力を電源として前記記憶手段が記憶する前記測定結果を送信（Ｓ１７０）することを特徴とする構造物の監視装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の構造物の監視装置において、前記機械電気変換手段は、前記蓄電手段が蓄積する前記電力を発生するとともに、前記測定手段が測定する前記電力を発生する圧電材料（４）を備えることを特徴とする構造物の監視装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の構造物の監視装置において、前記機械電気変換手段は、前記測定手段が測定する前記電力を発生する測定用圧電材料（４Ａ）と、前記蓄電手段が蓄積する前記電力を発生する充電用圧電材料（４Ｂ）とを備えることを特徴とする構造物の監視装置である。
【００１０】
請求項５の発明は、構造物（１）の状態を監視する構造物の監視システムであって、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の構造物の監視装置（３）と、前記送信手段（１０）が送信する前記測定結果を受信（Ｓ２１０）する通信装置（１１ｂ，１３ｂ）とを備え、前記送信手段は、前記通信装置からの前記測定結果の送信指令を受信（Ｓ１６０）し、前記通信装置は、前記監視装置が前記構造物に複数設置されているときに、この監視装置毎に前記測定結果を前記送信手段から受信（Ｓ１６０）することを特徴とする構造物の監視システム（２）である。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項５に記載の構造物の監視システムにおいて、前記通信装置が受信した前記測定結果を解析（Ｓ２３０）する解析装置（１１ｃ，１４）を備えることを特徴とする構造物の監視システムである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムによって監視される橋梁の断面図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムによって監視される橋梁の側面図である。
橋梁１は、鉄道車両が走行する線路の下部に空間を確保し列車の荷重を支持する構造物である。橋梁１は、図１及び図２に示すように、鋼板と山形鋼とを溶接などによって接合してＩ形の桁に組み立てて互いに平行に並べた主桁１ａ，１ｂと、主桁１ａの上部と主桁１ｂの上部とを連結する上横構１ｃと、主桁１ａの下部と主桁１ｂの下部とを連結する下横構１ｄと、主桁１ａの上部と主桁１ｂの下部とを連結する中間対傾構１ｅ，１ｆと、主桁１ａ，１ｂの下端部に接続された下フランジ１ｇ，１ｈと、主桁１ａ，１ｂの上端部に接続された上フランジ１ｉ，１ｊなどから構成された上路プレートガーダーである。
【００１３】
監視システム２は、橋梁１の状態を監視するシステムである。監視システム２は、図１及び図２に示すように、監視装置３と測定装置１１とから構成されている。監視システム２は、橋梁１上を列車が通過してこの橋梁１が振動したときに、この振動によって圧電材料４が発生する電力を監視装置３が測定して測定結果を記憶し、監視装置３から測定装置１１にこの測定結果を送信する。
【００１４】
図３は、この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける監視装置の構成図である。
監視装置３は、橋梁１の状態を監視する装置である。監視装置３は、図３に示すように、圧電材料４と、整流／定電圧回路５と、逆流阻止回路６と、蓄電部７と、制御部８と、記憶部９と、無線通信部１０とを備えている。監視装置３は、主桁１ａ，１ｂ以外にも下フランジ１ｇ，１ｈや上フランジ１ｉ，１ｊなどのように橋梁１の任意の測定箇所に多数設置されている。
【００１５】
図４は、この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける圧電材料の取付状態を示す断面図である。
圧電材料４は、橋梁１の振動を電気信号に変換する機械電気変換部である。圧電材料４は、歪みを加えると電圧を発生する圧電効果と、電圧を加えると歪みを発生する逆圧電効果とを合わせ持つ圧電セラミックスなどである。圧電材料４は、橋梁１を列車が通過したときに発生するこの橋梁１の振動に応じて電力を発生する。圧電材料４は、蓄電部７が蓄積する電力を発生するとともに制御部８が測定する電力も発生する。圧電材料４としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸ランタン鉛）、ＰＭＮ（マグネシウムニオブ酸鉛）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などが使用される。圧電材料４は、図４に示すように、固定部４ａによって橋梁１に固定されている。この固定部４ａは、遮音板２と圧電材料６との間に形成された接着剤層であり、圧電材料４の一方の表面にエポキシ系接着剤などを塗布することによってこの圧電材料４を橋梁１の表面に全面接着し固定する。
【００１６】
図３に示す整流／定電圧回路５は、圧電材料４が出力する電気信号を直流電流に変換するとともに一定の電圧を生成する回路である。逆流阻止回路６は、整流／定電圧回路５から蓄電部７への電流の流れを許容し、蓄電部７から整流／定電圧回路５への電流の流れを阻止する回路である。
【００１７】
蓄電部７は、電力を蓄積するコンデンサである。蓄電部７は、例えば、制御部８が処理動作を実行したり、記憶部９がデータを書き込んだり、無線通信部１０がデータを送信したりするときに必要となる電力を蓄積する。蓄電部７は、充電時には圧電材料４が発生する電力を電気エネルギーとして蓄積し、放電時にはこの電気エネルギーを放出して制御部８、記憶部９及び無線通信部１０に電力を供給する。蓄電部７は、例えば、小型で大容量のバックアップ電源として利用される電気二重層コンデンサ（スーパーキャパシタ）である。
【００１８】
図５は、この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける中央処理部の構成図である。
制御部８は、監視装置３の種々の動作を制御する装置である。制御部８は、図５に示すように、中央処理部８ａと、記憶部８ｂと、測定部８ｃと、切替部８ｄとを備えている。制御部８は、例えば、蓄電部７が蓄積する電力を電源として動作する低消費電力のマイクロプロセッサである。
【００１９】
中央処理部（ＣＰＵ）８ａは、制御部８の種々の動作を指令する部分である。中央処理部８ａには、記憶部８ｂ、測定部８ｃ、切替部８ｄ、記憶部９及び無線通信部１０が接続されている。中央処理部８ａは、例えば、測定部８ｃの測定結果を記憶部９に記憶させたり、記憶部９からこの測定結果を読み出して無線通信部１０に出力させたり、蓄電部７を充電及び放電させたりする。記憶部８ｂは、例えば、中央処理部８ａが種々の動作を実行するためのプログラムを記憶する読み出し専用のメモリ（ＲＯＭ）である。
【００２０】
測定部８ｃは、圧電材料４が出力する電気信号を測定する部分である。測定部８ｃは、逆流阻止回路６が出力する電気信号を処理する処理回路と、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部などを備えている。測定部８ｃは、圧電材料４が発生する電流や電圧を測定するとともに蓄電部７の電流や電圧を測定して、これらの電流値や電圧値を測定結果（測定データ）として中央処理部８ａに出力する。
【００２１】
切替部８ｄは、蓄電部７を充電状態と放電状態とに切り換える部分であり、例えばＯＮ動作及びＯＦＦ動作するスイッチ回路である。切替部８ｄは、通常時には蓄電部７が電気エネルギーを蓄積するように蓄電部７を切り替え、通信時などには蓄電部７が電気エネルギーを放出するように蓄電部７を切り替える。
【００２２】
記憶部９は、測定部８ｃの測定結果を記憶するメモリである。記憶部９は、例えば、測定部８ｃが測定した測定データを書き込むことができるとともに、電源をＯＦＦにしても測定データを記憶しておくことができる不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）である。記憶部９は、橋梁１を列車が通過して圧電材料４が電力を発生したときに、測定部８ｃが測定した電圧値などを測定データとして時系列順に記録している。
【００２３】
無線通信部１０は、監視装置３と測定装置１１との間で相互に無線通信をするための通信装置である。無線通信部１０は、測定装置１１からの測定データの送信指令を受信すると、蓄電部７が蓄積する電力を電源として記憶部９が記憶する測定データを測定装置１１に送信する。無線通信部１０は、記憶部９に記憶された測定データとともに監視装置３毎に付与された識別データ（ＩＤ情報）を送信する。無線通信部１０は、例えば、橋梁１の所定の位置に設置された固定局として機能する低消費電力の無線機である。
【００２４】
図６は、この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける測定装置の構成図である。
測定装置１１は、橋梁１に関する種々の情報を測定する装置である。測定装置１１は、例えば、橋梁１を列車が通過してこの橋梁１が振動したときに発生する応力、撓み、歪み、変位、変形及び振動加速度などを測定する。測定装置１１は、図６に示すように、制御部１１ａと、無線通信部１１ｂと、解析部１１ｃと、記憶部１１ｄと、表示部１１ｅと、操作部１１ｆと、電源部１１ｇとを備えている。
【００２５】
制御部１１ａは、測定装置１１の種々の動作を制御する中央処理部（ＣＰＵ）である。制御部１１ａには、無線通信部１１ｂ、解析部１１ｃ、記憶部１１ｄ、表示部１１ｅ、操作部１１ｆ及び電源部１１ｇが接続されている。制御部１１ａは、例えば、無線通信部１１ｂが受信した測定データを記憶部１１ｄに記録させたり、所定の診断項目を解析部１１ｃに解析させたり、測定点毎に診断項目を表示部１１ｅに表示させたりする。
【００２６】
無線通信部１１ｂは、測定装置１１と監視装置３との間で相互に無線通信をするための通信装置である。無線通信部１１ｂは、監視装置３が橋梁１に複数設置されているときに、この監視装置３毎に無線通信部１０に測定データの送信を指令するとともに、この監視装置３毎に測定データを無線通信部１０から受信する。無線通信部１１ｂは、監視装置３毎に付与された識別データ（ＩＤ情報）を測定データの送信指令とともに送信し、各無線通信部１０からの測定データを受信して制御部１１ａに出力する。無線通信部１０は、橋梁１の周辺を移動又は橋梁１の付近で停止した状態で無線通信部１０との間で通信が可能な移動局として機能する。
【００２７】
解析部１１ｃは、無線通信部１１ｂが受信した測定結果を解析する部分である。解析部１１ｃは、例えば、記憶部１１ｄが記憶する測定結果に基づいて各測定点における応力の時間変化を表す応力波形を生成して、橋梁１の応力頻度、疲労損傷度、き裂発生寿命の予測及び余寿命などの診断項目を解析する。解析部１１ｃは、圧電材料４が発生する電圧値と橋梁１に発生する応力、振動加速度、歪みなどとの相関関係を表す関数や、橋梁１に生ずる歪みと圧電材料４に生ずる歪との間のずれを校正する校正曲線などに基づいて、これらの診断項目を解析しこの解析結果（解析データ）を制御部１１ａに出力する。
【００２８】
記憶部１１ｄは、種々の情報を記憶するメモリである。記憶部１１ｄは、制御部１１ａが所定の処理を実行するためのプログラムを記憶したり、無線通信部１１ｂが受信した測定データを記憶したり、解析部１１ｃが解析した解析データを記憶したりする不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）である。記憶部１１ｄは、例えば、測定部８ｃが測定した電圧値などを測定データとして時系列順に記憶するとともに、解析部１１ｃが解析した診断項目を測定点毎に記憶する。
【００２９】
表示部１１ｅは、種々の情報を表示する装置である。表示部１１ｅは、例えば、測定点毎に振動状態、応力波形、応力履歴及び累積疲労損傷度などを表示する。操作部１１ｆは、保守担当者などが診断項目や表示項目などを選択するときに操作される入力装置であり、電源部１１ｇは測定装置１１に供給する電力を蓄積するバッテリである。
【００３０】
次に、この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムの動作を説明する。図７は、この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける監視装置側の動作を説明するためのフローチャートである。以下では、図５に示す中央処理部８ａの動作を中心に説明する。
ステップ（以下、Ｓという）１００において、蓄電部７の電圧が測定される。蓄電部７の電圧の測定を中央処理部８ａが測定部８ｃに指令すると、測定部８ｃが蓄電部７の電圧を測定してこの測定結果を中央処理部８ａに出力する。
【００３１】
Ｓ１１０において、電圧値が所定値を超えるか否かが判断される。測定部８ｃが測定した蓄電部７の電圧値が所定値を超えるか否かを中央処理部８ａが判断し、電圧値が所定値以下である場合にはＳ１２０に進み、電圧値が所定値を超える場合にはＳ１３０に進む。
【００３２】
Ｓ１２０において、蓄電部７が充電される。蓄電部７の電圧値が低い場合には、中央処理部８ａが切替部８ｄに切替動作を指令する。その結果、圧電材料４が発生する起電力を蓄電部７に蓄積するように切替部８ｄが蓄電部７を切り替え、蓄電部７の電圧値が所定値に達するまで圧電材料４の出力電圧が蓄電部７に蓄積される。
【００３３】
Ｓ１３０において、蓄電部７が放電される。蓄電部７の電圧値が高い場合には、中央処理部８ａが切替部８ｄに切替動作を指令し、蓄電部７に蓄積された電力がこの蓄電部７から放出するように切替部８ｄが蓄電部７を切り替える。
【００３４】
Ｓ１４０において、圧電材料４の出力電圧が測定される。橋梁１を列車が通過するとこの橋梁１の振動に応じて圧電材料４が電気信号（起電力）を発生する。圧電材料４が発生する電力の測定を中央処理部８ａが測定部８ｃに指令すると、測定部８ｃによって電圧値などが測定されてこの測定結果が測定部８ｃから中央処理部８ａに出力される。このとき、圧電材料４が発生する電力は測定部８ｃによって測定されるとともに蓄電部７に蓄積される。
【００３５】
Ｓ１５０において、測定結果が記憶される。中央処理部８ａが測定結果を記憶部９に出力すると時系列順にこの測定結果を記憶部９が記憶する。
【００３６】
Ｓ１６０において、送信指令を受信したか否かが判断される。図６に示す測定装置１１から無線通信部１０が送信指令を受信すると、この受信データに含まれる識別データと自己のＩＤ情報とが一致するか否かを中央処理部８ａが照合する。照合結果が一致するときにはＳ１７０に進み、照合結果が不一致であるときにはＳ１００に進み圧電材料４の出力電圧の測定などを継続する。
【００３７】
Ｓ１７０において、測定結果が送信される。測定装置１１からの送信指令を無線通信部１０が受信すると、中央処理部８ａが記憶部９から測定結果を読み出して無線通信部１０に出力し、無線通信部１０が測定装置１１にこの測定結果を送信しＳ１００に戻る。
【００３８】
図８は、この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける測定装置側の動作を説明するためのフローチャートである。以下では、図６に示す制御部１１ａの動作を中心に説明する。
Ｓ２００において、測定結果の送信が指令される。測定結果の送信を無線通信部１１ｂに制御部１１ａが指令すると、監視装置３毎に付与された識別データを無線通信部１１ｂが送信するとともに、測定結果の送信を無線通信部１１ｂが無線通信部１０に指令する。
【００３９】
Ｓ２１０において、測定結果が受信される。監視装置３毎に無線通信部１１ｂが測定結果を受信するとこの測定結果を無線通信部１１ｂが制御部１１ａに出力する。そして、Ｓ２２０において、測定結果が記憶される。制御部１１ａが測定結果を記憶部１１ｄに出力するとこの測定結果を記憶部１１ｄが測定点（ＩＤ情報）毎に記憶する。
【００４０】
Ｓ２３０において、測定結果が解析される。制御部１１ａが記憶部１１ｄから測定結果を読み出して解析部１１ｃに出力するとともに、制御部１１ａが解析部１１ｃに解析処理を指令すると、この測定結果に基づいて解析部１１ｃが所定の診断項目を解析してこの解析結果を制御部１１ａに出力する。
【００４１】
Ｓ２４０において、解析結果が記憶される。制御部１１ａが解析結果を記憶部１１ｄに出力するとこの解析結果を記憶部１１ｄが測定点（ＩＤ情報）毎に記憶する。そして、Ｓ２５０において、解析結果が表示される。操作部１１ｆによって選択された診断項目に対応する解析結果を制御部１１ａが記憶部１１ｄから読み出してこの解析結果を表示部１１ｅに表示させる。
【００４２】
この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムには、以下に記載するような効果がある。
（１） この第１実施形態では、橋梁１の振動を圧電材料４が電気信号に変換してこの電気信号を測定部８ｃが測定し、この橋梁１の振動に応じてこの圧電材料４が発生する電力を電源として無線通信部１０が測定結果を送信する。このため、橋梁１の状態を無電源で監視して測定結果をワイヤレスで送信することができる。その結果、橋梁１などの長大構造物の振動加速度や歪みをリアルタイムで監視することができるため、鉄道を運転休止させたり道路を通行規制したりする必要がなくなり社会基盤を健全な状態で維持することができる。また、保守担当者が現場に頻繁に出向き危険箇所を巡回して目視で監視する必要がなくなり、保守担当者の作業負担や時間的な労力を軽減することができる。
【００４３】
（２） この第１実施形態では、圧電材料４が発生する電力を蓄電部７が蓄積し、蓄電部７が蓄積する電力を電源として記憶部８ｂが記憶する測定結果を無線通信部１０が送信する。その結果、橋梁１を列車が通過して橋梁１が振動したときに発生する電力を蓄電部７に予め蓄積しておき、無線通信用の電源としてこの電力を利用することができる。このため、太陽電池などを電源として利用することができないトンネルや地下構造物などの状態を無電源で監視することができる。
【００４４】
（３） この第１実施形態では、無線通信部１１ｂからの測定結果の送信指令を無線通信部１０が受信し、監視装置３が橋梁１に複数設置されているときに、この監視装置３毎に測定結果を無線通信部１０から無線通信部１１ｂが受信する。このため、橋梁１の複数の測定点に設置された監視装置３から測定結果を１台の測定装置１１によって受信することができる。その結果、測定装置１１を携帯して橋梁１に沿って移動しながら各監視装置３から測定結果を収集したり、橋梁１の測定点に接近せずに橋梁１から離れた安全な位置に測定装置１１を停止させて、各監視装置３から測定結果を収集したりすることができる。
【００４５】
（４） この第１実施形態では、蓄電部７が蓄積する電力を圧電材料４が発生するとともに、測定部８ｃが測定する電力を圧電材料４が発生する。その結果、一つの圧電材料４を測定用圧電材料と充電用圧電材料として兼用することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
図９は、この発明の第２実施形態に係る構造物の監視システムにおける監視装置の構成図である。
図９に示す監視装置３は、測定部８ｃが測定する電力を発生する測定用圧電材料４Ａと、蓄電部７が蓄積する電力を発生する充電用圧電材料４Ｂとを備えている。この第２実施形態では、一つの圧電材料４では発生する電力が小さい場合や監視装置３の負荷が大きい場合であっても、測定用圧電材料４Ａ及び充電用圧電材料４Ｂがそれぞれ電力を発生するため十分な測定結果を得ることができる。
【００４７】
（第３実施形態）
図１０は、この発明の第３実施形態に係る構造物の監視システムにおける測定システムの構成図である。なお、図６に示す部分と同一の部分については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
図１０に示す測定システム１２は、通信装置１３と解析装置１４とを備えている。通信装置１３は、この通信装置１３の種々の動作を制御する制御部１３ａと、図５に示す無線通信部１０と相互に通信可能な無線通信部１３ｂと、この無線通信部１３ｂが受信した測定結果を記憶する記憶部１３ｄと、通信装置１３に電力を供給する電源部１３ｇと、解析装置１４との間で相互にデータを入出力する入出力部（インタフェース回路）１３ｈとを備えている。解析装置１４は、この解析装置１４の種々の動作を制御する制御部１４ａと、測定結果を解析する解析部１４ｃと、この解析部１４ｃの解析結果を記憶する記憶部１４ｄと、解析結果を表示する表示部１４ｅと、診断項目などを選択する際に操作する操作部１４ｆと、通信装置１３との間で相互にデータを入出力する入出力部（インタフェース回路）１４ｈとを備えている。この第３実施形態では、図６に示す測定装置１１に比べて通信装置１３が小型になり持ち運びに便利な携帯端末として通信装置１３を利用することができる。また、この第３実施形態では、通信装置１３によって現場で測定結果を収集した後に、中央司令室などに設置された解析装置１４とこの通信装置１３とを接続ケーブル１５によって接続して測定結果を解析することができる。
【００４８】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
（１） この実施形態では、橋梁１を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、列車が通過すると振動が発生するトンネルなどの他の鉄道構造物や、高層ビル、鉄塔などの固定構造物についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、圧電材料として圧電セラミックスを例に挙げて説明したが圧電セラミックス以外の圧電材料についてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、測定結果を無線によって送信する場合を例に挙げて説明したが、測定結果を有線によって送信する場合についてもこの発明を適用することができる。
【００４９】
（２） この実施形態では、図８に示すＳ１６０，Ｓ１７０及び図９に示すＳ２６０において、測定装置１１から無線通信部１０が送信指令を受信した後に無線通信部１０から測定装置１１にこの測定結果に送信しているが、通信方法をこれに限定するものではない。例えば、図３に示す無線通信部１０として送信機能のみを有する無線送信装置を設置して、振動が起きる度にその時に発生した電気エネルギーを利用して電圧値を無線で送信することもできる。この場合には、この無線と周波数を同調させた通信装置によって必要なデータを受け取ることができる。このため、必要なデータのみをリアルタイムに計測することができる。また、図１及び図２に示す監視システム２を無線送信装置と受信装置とによって構成することができるため、受信装置を市販の通信装置によって対応することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によると、特別な電源を必要とせず測定結果を無線でリアルタイムに送信することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムによって監視される橋梁の断面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムによって監視される橋梁の側面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける監視装置の構成図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける圧電材料の取付状態を示す断面図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける中央処理部の構成図である。
【図６】この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける測定装置の構成図である。
【図７】この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける監視装置側の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】この発明の第１実施形態に係る構造物の監視システムにおける測定装置側の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】この発明の第２実施形態に係る構造物の監視システムにおける監視装置の構成図である。
【図１０】この発明の第３実施形態に係る構造物の監視システムにおける測定システムの構成図である。
【符号の説明】
１ 橋梁
２ 監視システム
３ 監視装置
４ 圧電材料（機械電気変換手段）
４Ａ 測定用圧電材料（機械電気変換手段）
４Ｂ 充電用圧電材料（機械電気変換手段）
７ 蓄電部（蓄電手段）
８ 制御部
８ｃ 測定部（測定手段）
９ 記憶部（記憶手段）
１０ 無線通信部（送信手段）
１１ 測定装置
１１ｂ 無線通信部（通信装置）
１１ｃ 解析部（解析装置）
１２ 測定システム
１３ 通信装置
１３ｂ 無線通信部（通信装置）
１４ 解析装置
１４ｃ 解析部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure monitoring device for monitoring a state of a structure and a monitoring system for the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when maintaining and managing long structures such as steel bridges and concrete bridges through which trains pass, maintenance personnel go to remote sites to check the danger points by visual inspection and patrol and monitor the state of the structures I needed to. For this reason, it is necessary to perform inspection work by suspending the operation of the railroad and regulating the traffic on the road, and to perform inspection work at night when the train is not running, which has required a great deal of labor for maintenance personnel. On the other hand, a structure monitoring system for monitoring the state of such a long structure is known. Conventional structure monitoring systems consist of multiple vibration measuring instruments that measure vibrations at multiple measurement points on large structures such as ships and bridges, and multiple monitoring systems that are installed in a monitoring room that is separated from the large structures. The system includes a center device that records and analyzes measurement results transmitted from a vibration measuring device, and a coaxial cable that connects each vibration measuring device to the center device (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-17847 (paragraph number 0012 and FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional structure monitoring system, a monitoring room is usually installed at a position away from a long structure, and a long coaxial cable or optical fiber is used to connect each vibration measuring instrument to the center device. It was necessary to lay cables and the like. As a result, the conventional structure monitoring system has a problem that the whole system is complicated and large-scale, and that a construction work for laying cables is required.
[0005]
It is an object of the present invention to provide a structure monitoring apparatus and a monitoring system capable of transmitting a measurement result wirelessly in real time without requiring a special power supply.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above-mentioned problems by the following means.
Note that description will be given with reference numerals corresponding to the embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this embodiment.
The invention according to claim 1 is a structure monitoring apparatus for monitoring a state of a structure (1), wherein the mechanical-electrical conversion means (4, 4A) for converting vibration of the structure into an electric signal; A measuring unit (8c) for measuring the electric signal output by the electric converting unit (S140), and a transmitting unit (10) for transmitting the measurement result of the measuring unit (S170), wherein the electromechanical converting unit includes: The structure monitoring device (3), wherein power is generated according to the vibration of the structure, and the transmitting unit transmits the measurement result using the power as a power source (S170).
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the structure monitoring apparatus according to the first aspect, a power storage unit (7) that stores the power (S120) and a storage unit (S150) that records a measurement result of the measurement unit (S150). 9), wherein the transmission unit transmits the measurement result stored in the storage unit using the power stored in the power storage unit as a power source (S170).
[0008]
According to a third aspect of the present invention, in the structure monitoring apparatus according to the first or second aspect, the electromechanical conversion unit generates the electric power stored in the power storage unit and measures the power by the measurement unit. An apparatus for monitoring a structure, comprising a piezoelectric material (4) for generating the electric power.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, in the structure monitoring device according to the first or second aspect, the electromechanical conversion unit includes a measurement piezoelectric material (4A) that generates the power measured by the measurement unit. And a charging piezoelectric material (4B) for generating the electric power stored in the power storage means.
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a structure monitoring system for monitoring a state of a structure, wherein the structure monitoring device according to any one of the first to fourth aspects. And a communication device (11b, 13b) for receiving the measurement result transmitted by the transmission unit (10) (S210). The transmission unit receives a transmission command of the measurement result from the communication device ( S160) Then, when a plurality of the monitoring devices are installed in the structure, the communication device receives the measurement result from the transmission unit for each of the monitoring devices (S160). Monitoring system (2).
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, in the structure monitoring system according to the fifth aspect, an analysis device (11c, 14) for analyzing (S230) the measurement result received by the communication device is provided. It is an object monitoring system.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view of a bridge monitored by the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of the bridge monitored by the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
The bridge 1 is a structure that secures a space below a railroad track on which railcars run and supports the load of a train. As shown in FIGS. 1 and 2, the bridge 1 is composed of main girder 1a, 1b in which a steel plate and an angle steel are joined by welding or the like, assembled into an I-shaped girder and arranged in parallel with each other, and an upper part of the main girder 1a. An upper horizontal structure 1c connecting the upper part of the main girder 1b to the upper part of the main girder 1b, a lower horizontal structure 1d connecting the lower part of the main girder 1a and the lower part of the main girder 1b, and the upper part of the main girder 1a and the lower part of the main girder 1b. It comprises a pair of intermediate pairs 1e, 1f to be connected, lower flanges 1g, 1h connected to lower ends of the main girders 1a, 1b, upper flanges 1i, 1j connected to upper ends of the main girders 1a, 1b, and the like. It is an upper plate girder.
[0013]
The monitoring system 2 is a system that monitors the state of the bridge 1. The monitoring system 2 includes a monitoring device 3 and a measuring device 11, as shown in FIGS. When a train passes over the bridge 1 and the bridge 1 vibrates, the monitoring system 2 measures the power generated by the piezoelectric material 4 due to the vibration, and the monitoring device 3 stores the measurement result. Transmits this measurement result to the measurement device 11.
[0014]
FIG. 3 is a configuration diagram of a monitoring device in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
The monitoring device 3 is a device that monitors the state of the bridge 1. As shown in FIG. 3, the monitoring device 3 includes a piezoelectric material 4, a rectification / constant voltage circuit 5, a backflow prevention circuit 6, a power storage unit 7, a control unit 8, a storage unit 9, a wireless communication unit 10, And A large number of monitoring devices 3 are installed at arbitrary measuring points of the bridge 1 such as the lower flanges 1g and 1h and the upper flanges 1i and 1j in addition to the main girders 1a and 1b.
[0015]
FIG. 4 is a sectional view showing an attached state of the piezoelectric material in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
The piezoelectric material 4 is a electromechanical converter that converts the vibration of the bridge 1 into an electric signal. The piezoelectric material 4 is, for example, a piezoelectric ceramic having both a piezoelectric effect of generating a voltage when a strain is applied and an inverse piezoelectric effect of generating a strain when a voltage is applied. The piezoelectric material 4 generates electric power in accordance with the vibration of the bridge 1 generated when a train passes through the bridge 1. The piezoelectric material 4 generates power stored in the power storage unit 7 and also generates power measured by the control unit 8. As the piezoelectric material 4, PZT (lead zirconate titanate), PLZT (lead lanthanum titanate zirconate), PMN (lead magnesium niobate), PVDF (polyvinylidene fluoride), or the like is used. As shown in FIG. 4, the piezoelectric material 4 is fixed to the bridge 1 by a fixing portion 4a. The fixing portion 4 a is an adhesive layer formed between the sound insulating plate 2 and the piezoelectric material 6. The piezoelectric material 4 is bridged by applying an epoxy-based adhesive or the like to one surface of the piezoelectric material 4. The whole surface is adhered and fixed to the surface of 1.
[0016]
The rectifier / constant voltage circuit 5 shown in FIG. 3 is a circuit that converts an electric signal output from the piezoelectric material 4 into a direct current and generates a constant voltage. The backflow prevention circuit 6 is a circuit that allows a current flow from the rectification / constant voltage circuit 5 to the power storage unit 7 and blocks a current flow from the power storage unit 7 to the rectification / constant voltage circuit 5.
[0017]
Power storage unit 7 is a capacitor that stores power. The power storage unit 7 stores, for example, power required when the control unit 8 executes a processing operation, when the storage unit 9 writes data, and when the wireless communication unit 10 transmits data. The power storage unit 7 stores the electric power generated by the piezoelectric material 4 as electric energy during charging, and discharges the electric energy during discharging to supply power to the control unit 8, the storage unit 9, and the wireless communication unit 10. The power storage unit 7 is, for example, an electric double layer capacitor (super capacitor) used as a small and large-capacity backup power supply.
[0018]
FIG. 5 is a configuration diagram of the central processing unit in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
The control unit 8 is a device that controls various operations of the monitoring device 3. As shown in FIG. 5, the control unit 8 includes a central processing unit 8a, a storage unit 8b, a measuring unit 8c, and a switching unit 8d. The control unit 8 is, for example, a low power consumption microprocessor that operates using the power stored in the power storage unit 7 as a power supply.
[0019]
The central processing unit (CPU) 8a is a part that commands various operations of the control unit 8. The storage unit 8b, the measurement unit 8c, the switching unit 8d, the storage unit 9, and the wireless communication unit 10 are connected to the central processing unit 8a. The central processing unit 8a stores the measurement result of the measurement unit 8c in the storage unit 9, reads the measurement result from the storage unit 9 and outputs the measurement result to the wireless communication unit 10, and charges and discharges the power storage unit 7, for example. Or The storage unit 8b is, for example, a read-only memory (ROM) that stores programs for the central processing unit 8a to execute various operations.
[0020]
The measurement unit 8c is a unit that measures an electric signal output from the piezoelectric material 4. The measurement unit 8c includes a processing circuit that processes an electric signal output from the backflow prevention circuit 6, an A / D conversion unit that converts an analog signal into a digital signal, and the like. The measurement unit 8c measures the current and voltage generated by the piezoelectric material 4 and also measures the current and voltage of the power storage unit 7, and uses these current and voltage values as measurement results (measurement data) to the central processing unit 8a. Output.
[0021]
The switching unit 8d switches the power storage unit 7 between a charged state and a discharged state, and is, for example, a switch circuit that performs ON operation and OFF operation. The switching unit 8d switches the power storage unit 7 so that the power storage unit 7 stores electric energy during normal times, and switches the power storage unit 7 so that the power storage unit 7 discharges electric energy during communication or the like.
[0022]
The storage unit 9 is a memory that stores the measurement result of the measurement unit 8c. The storage unit 9 is, for example, a non-volatile memory (EEPROM) that can write the measurement data measured by the measurement unit 8c and can store the measurement data even when the power is turned off. The storage unit 9 records the voltage values and the like measured by the measuring unit 8c when the train passes the bridge 1 and the piezoelectric material 4 generates electric power as measurement data in chronological order.
[0023]
The wireless communication unit 10 is a communication device for mutually performing wireless communication between the monitoring device 3 and the measuring device 11. When receiving the transmission command of the measurement data from the measurement device 11, the wireless communication unit 10 transmits the measurement data stored in the storage unit 9 to the measurement device 11 using the power stored in the power storage unit 7 as a power supply. The wireless communication unit 10 transmits the identification data (ID information) assigned to each monitoring device 3 together with the measurement data stored in the storage unit 9. The wireless communication unit 10 is, for example, a low-power-consumption wireless device that functions as a fixed station installed at a predetermined position on the bridge 1.
[0024]
FIG. 6 is a configuration diagram of a measuring device in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
The measuring device 11 is a device that measures various information related to the bridge 1. The measuring device 11 measures, for example, stress, deflection, distortion, displacement, deformation, vibration acceleration, and the like generated when a train passes through the bridge 1 and the bridge 1 vibrates. As shown in FIG. 6, the measurement device 11 includes a control unit 11a, a wireless communication unit 11b, an analysis unit 11c, a storage unit 11d, a display unit 11e, an operation unit 11f, and a power supply unit 11g. I have.
[0025]
The control unit 11a is a central processing unit (CPU) that controls various operations of the measurement device 11. The wireless communication unit 11b, the analysis unit 11c, the storage unit 11d, the display unit 11e, the operation unit 11f, and the power supply unit 11g are connected to the control unit 11a. The control unit 11a, for example, causes the storage unit 11d to record the measurement data received by the wireless communication unit 11b, causes the analysis unit 11c to analyze predetermined diagnosis items, and displays the diagnosis items for each measurement point on the display unit 11e. Or let it.
[0026]
The wireless communication unit 11b is a communication device for mutually performing wireless communication between the measurement device 11 and the monitoring device 3. When a plurality of monitoring devices 3 are installed on the bridge 1, the wireless communication unit 11 b instructs the wireless communication unit 10 to transmit measurement data for each monitoring device 3, and transmits the measurement data for each monitoring device 3. Received from the wireless communication unit 10. The wireless communication unit 11b transmits the identification data (ID information) assigned to each monitoring device 3 together with the measurement data transmission command, receives the measurement data from each wireless communication unit 10, and outputs the measurement data to the control unit 11a. The wireless communication unit 10 functions as a mobile station that can communicate with the wireless communication unit 10 while moving around the bridge 1 or stopping near the bridge 1.
[0027]
The analysis unit 11c is a unit that analyzes the measurement result received by the wireless communication unit 11b. The analysis unit 11c generates, for example, a stress waveform representing a time change of the stress at each measurement point based on the measurement result stored in the storage unit 11d, and generates the stress frequency, the fatigue damage degree, and the crack initiation life of the bridge 1. Analyze diagnostic items such as prediction and remaining life. The analysis unit 11c calculates a function representing the correlation between the voltage value generated by the piezoelectric material 4 and the stress, vibration acceleration, distortion, and the like generated in the bridge 1, and the relationship between the distortion generated in the bridge 1 and the distortion generated in the piezoelectric material 4. These diagnostic items are analyzed based on a calibration curve for calibrating the deviation, and the analysis result (analysis data) is output to the control unit 11a.
[0028]
The storage unit 11d is a memory that stores various information. The storage unit 11d stores a program for the control unit 11a to execute a predetermined process, stores measurement data received by the wireless communication unit 11b, and stores analysis data analyzed by the analysis unit 11c. It is a nonvolatile memory (EEPROM). The storage unit 11d stores, for example, voltage values measured by the measurement unit 8c as measurement data in chronological order, and stores diagnosis items analyzed by the analysis unit 11c for each measurement point.
[0029]
The display unit 11e is a device that displays various information. The display unit 11e displays, for example, a vibration state, a stress waveform, a stress history, a cumulative fatigue damage degree, and the like for each measurement point. The operation unit 11f is an input device operated when a maintenance person or the like selects a diagnostic item or a display item, and the power unit 11g is a battery that stores power to be supplied to the measuring device 11.
[0030]
Next, the operation of the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the monitoring device side in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the operation of the central processing unit 8a shown in FIG. 5 will be mainly described.
In step (hereinafter, referred to as S) 100, the voltage of power storage unit 7 is measured. When the central processing unit 8a instructs the measuring unit 8c to measure the voltage of the power storage unit 7, the measuring unit 8c measures the voltage of the power storage unit 7 and outputs the measurement result to the central processing unit 8a.
[0031]
In S110, it is determined whether the voltage value exceeds a predetermined value. The central processing unit 8a determines whether or not the voltage value of the power storage unit 7 measured by the measuring unit 8c exceeds a predetermined value. If the voltage value is equal to or less than the predetermined value, the process proceeds to S120, where the voltage value is set to the predetermined value. If it exceeds, go to S130.
[0032]
In S120, power storage unit 7 is charged. When the voltage value of power storage unit 7 is low, central processing unit 8a instructs switching unit 8d to perform a switching operation. As a result, the switching unit 8d switches the power storage unit 7 so that the electromotive force generated by the piezoelectric material 4 is stored in the power storage unit 7, and the output voltage of the piezoelectric material 4 is stored until the voltage value of the power storage unit 7 reaches a predetermined value. Stored in the unit 7.
[0033]
In S130, power storage unit 7 is discharged. When the voltage value of power storage unit 7 is high, central processing unit 8a instructs switching unit 8d to perform a switching operation, and switching unit 8d stores the power so that the power stored in power storage unit 7 is released from power storage unit 7. The unit 7 is switched.
[0034]
In S140, the output voltage of the piezoelectric material 4 is measured. When a train passes through the bridge 1, the piezoelectric material 4 generates an electric signal (electromotive force) according to the vibration of the bridge 1. When the central processing unit 8a instructs the measuring unit 8c to measure the power generated by the piezoelectric material 4, a voltage value or the like is measured by the measuring unit 8c, and the measurement result is output from the measuring unit 8c to the central processing unit 8a. At this time, the power generated by the piezoelectric material 4 is measured by the measuring unit 8c and stored in the power storage unit 7.
[0035]
In S150, the measurement result is stored. When the central processing unit 8a outputs the measurement results to the storage unit 9, the storage results are stored in the storage unit 9 in chronological order.
[0036]
In S160, it is determined whether a transmission command has been received. When the wireless communication unit 10 receives the transmission command from the measuring device 11 shown in FIG. 6, the central processing unit 8a checks whether or not the identification data included in the received data matches its own ID information. When the collation results match, the process proceeds to S170, and when the collation results do not match, the process proceeds to S100 to continue the measurement of the output voltage of the piezoelectric material 4 and the like.
[0037]
In S170, the measurement result is transmitted. When the wireless communication unit 10 receives the transmission command from the measurement device 11, the central processing unit 8a reads the measurement result from the storage unit 9 and outputs the measurement result to the wireless communication unit 10, and the wireless communication unit 10 transmits the measurement result to the measurement device 11. And returns to S100.
[0038]
FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation on the measuring device side in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the operation of the control unit 11a shown in FIG. 6 will be mainly described.
In S200, transmission of the measurement result is instructed. When the control unit 11a instructs the wireless communication unit 11b to transmit the measurement result, the wireless communication unit 11b transmits the identification data assigned to each monitoring device 3, and the wireless communication unit 11b transmits the measurement result. Command 10
[0039]
At S210, a measurement result is received. When the wireless communication unit 11b receives the measurement result for each monitoring device 3, the wireless communication unit 11b outputs the measurement result to the control unit 11a. Then, in S220, the measurement result is stored. When the control unit 11a outputs the measurement result to the storage unit 11d, the storage unit 11d stores the measurement result for each measurement point (ID information).
[0040]
In S230, the measurement result is analyzed. When the control unit 11a reads out the measurement result from the storage unit 11d and outputs it to the analysis unit 11c, and when the control unit 11a instructs the analysis unit 11c to perform an analysis process, the analysis unit 11c determines a predetermined diagnosis item based on the measurement result. It analyzes and outputs the analysis result to the control unit 11a.
[0041]
In S240, the analysis result is stored. When the control unit 11a outputs the analysis result to the storage unit 11d, the storage unit 11d stores the analysis result for each measurement point (ID information). Then, in S250, the analysis result is displayed. The control unit 11a reads the analysis result corresponding to the diagnosis item selected by the operation unit 11f from the storage unit 11d, and causes the display unit 11e to display the analysis result.
[0042]
The structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention has the following effects.
(1) In the first embodiment, the vibration of the bridge 1 is converted into an electric signal by the piezoelectric material 4, and the electric signal is measured by the measuring unit 8 c, and the piezoelectric material 4 is generated according to the vibration of the bridge 1. The wireless communication unit 10 transmits the measurement result using the generated power as a power source. For this reason, the state of the bridge 1 can be monitored without power supply and the measurement result can be transmitted wirelessly. As a result, it is possible to monitor the vibration acceleration and distortion of a long-sized structure such as the bridge 1 in real time, so that it is not necessary to suspend the operation of railroads or regulate the passage of roads, thereby maintaining a healthy social infrastructure. be able to. Further, it is not necessary for the maintenance person to frequently go to the site and visit the danger point and visually monitor the dangerous place, so that the work load and time labor of the maintenance person can be reduced.
[0043]
(2) In the first embodiment, the power storage unit 7 stores the power generated by the piezoelectric material 4, and the wireless communication unit 10 transmits the measurement result stored in the storage unit 8b using the power stored in the power storage unit 7 as a power supply. I do. As a result, electric power generated when the train passes through the bridge 1 and the bridge 1 vibrates is stored in the power storage unit 7 in advance, and this electric power can be used as a power supply for wireless communication. For this reason, it is possible to monitor the state of a tunnel, an underground structure, or the like in which a solar cell or the like cannot be used as a power supply without using a power supply.
[0044]
(3) In the first embodiment, when the wireless communication unit 10 receives the transmission command of the measurement result from the wireless communication unit 11b and the plurality of monitoring devices 3 are installed on the bridge 1, First, the wireless communication unit 11b receives the measurement result from the wireless communication unit 10. For this reason, the measurement result can be received by one measuring device 11 from the monitoring devices 3 installed at a plurality of measuring points of the bridge 1. As a result, the measurement result is collected from each monitoring device 3 while moving along the bridge 1 while carrying the measurement device 11, or the measurement is performed at a safe position away from the bridge 1 without approaching the measurement point of the bridge 1. The measurement result can be collected from each monitoring device 3 by stopping the device 11.
[0045]
(4) In the first embodiment, the piezoelectric material 4 generates the power stored in the power storage unit 7 and the piezoelectric material 4 generates the power measured by the measuring unit 8c. As a result, one piezoelectric material 4 can be used as both a piezoelectric material for measurement and a piezoelectric material for charging.
[0046]
(2nd Embodiment)
FIG. 9 is a configuration diagram of a monitoring device in a structure monitoring system according to a second embodiment of the present invention.
The monitoring device 3 illustrated in FIG. 9 includes a measurement piezoelectric material 4A that generates power measured by the measurement unit 8c, and a charging piezoelectric material 4B that generates power stored in the power storage unit 7. In the second embodiment, even when the power generated by one piezoelectric material 4 is small or when the load on the monitoring device 3 is large, the piezoelectric material for measurement 4A and the piezoelectric material for charging 4B each generate power. Therefore, a sufficient measurement result can be obtained.
[0047]
(Third embodiment)
FIG. 10 is a configuration diagram of a measurement system in the structure monitoring system according to the third embodiment of the present invention. The same parts as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.
The measurement system 12 shown in FIG. 10 includes a communication device 13 and an analysis device 14. The communication device 13 includes a control unit 13a that controls various operations of the communication device 13, a wireless communication unit 13b that can communicate with the wireless communication unit 10 illustrated in FIG. 5, and a measurement unit that the wireless communication unit 13b receives. A storage unit 13d for storing results, a power supply unit 13g for supplying power to the communication device 13, and an input / output unit (interface circuit) 13h for inputting and outputting data to and from the analysis device 14 are provided. The analysis device 14 includes a control unit 14a that controls various operations of the analysis device 14, an analysis unit 14c that analyzes the measurement result, a storage unit 14d that stores the analysis result of the analysis unit 14c, and a display of the analysis result. The communication unit 13 includes an input / output unit (interface circuit) 14h for inputting / outputting data between the communication unit 13 and the display unit 14e. In the third embodiment, the communication device 13 is smaller than the measurement device 11 shown in FIG. 6 and can be used as a portable terminal that is convenient to carry. In the third embodiment, after the measurement results are collected on site by the communication device 13, the analysis device 14 installed in the central command room or the like and the communication device 13 are connected by the connection cable 15 and the measurement results are collected. Can be analyzed.
[0048]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications or changes can be made as described below, and these are also within the scope of the present invention.
(1) In this embodiment, the bridge 1 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to other railway structures such as tunnels that generate vibration when a train passes, and fixed structures such as high-rise buildings and steel towers. Further, in this embodiment, the description has been given by taking the piezoelectric ceramics as an example of the piezoelectric material. However, the present invention can be applied to piezoelectric materials other than the piezoelectric ceramics. Furthermore, in this embodiment, the case where the measurement result is transmitted wirelessly has been described as an example, but the present invention can also be applied to the case where the measurement result is transmitted by wire.
[0049]
(2) In this embodiment, in S160 and S170 shown in FIG. 8 and S260 shown in FIG. 9, after the wireless communication unit 10 receives the transmission command from the measurement device 11, the measurement result is transmitted from the wireless communication unit 10 to the measurement device 11. , But the communication method is not limited to this. For example, it is also possible to install a wireless transmission device having only a transmission function as the wireless communication unit 10 shown in FIG. 3 and wirelessly transmit a voltage value using electric energy generated at the time of each occurrence of vibration. In this case, the required data can be received by the communication device whose frequency is tuned to that of the radio. Therefore, only necessary data can be measured in real time. Further, since the monitoring system 2 shown in FIGS. 1 and 2 can be configured by a wireless transmitting device and a receiving device, the receiving device can be handled by a commercially available communication device.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a measurement result can be wirelessly transmitted in real time without requiring a special power supply.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a bridge monitored by a structure monitoring system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the bridge monitored by the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a monitoring device in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an attached state of a piezoelectric material in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a central processing unit in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a measuring device in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the monitoring device side in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the measuring device side in the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a monitoring device in a structure monitoring system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of a measurement system in a structure monitoring system according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 bridge
2 Monitoring system
3 monitoring equipment
4 Piezoelectric materials (mechanical-electrical conversion means)
4A Piezoelectric material for measurement (mechanical-electric conversion means)
4B Piezoelectric material for charging (mechanical-electric conversion means)
7 Power storage unit (power storage means)
8 Control part
8c Measuring unit (measuring means)
9 storage unit (storage means)
10. Wireless communication unit (transmission means)
11 Measuring device
11b Wireless communication unit (communication device)
11c Analysis unit (analysis device)
12 Measurement system
13 Communication device
13b Wireless communication unit (communication device)
14 Analyzer
14c Analysis unit

Claims (6)

構造物の状態を監視する構造物の監視装置であって、
前記構造物の振動を電気信号に変換する機械電気変換手段と、
前記機械電気変換手段が出力する前記電気信号を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果を送信する送信手段とを備え、
前記機械電気変換手段は、前記構造物の振動に応じて電力を発生し、
前記送信手段は、前記電力を電源として前記測定結果を送信すること、
を特徴とする構造物の監視装置。A structure monitoring device for monitoring a state of a structure,
Electromechanical conversion means for converting the vibration of the structure into an electric signal,
Measuring means for measuring the electric signal output by the electromechanical conversion means,
Transmitting means for transmitting a measurement result of the measuring means,
The electromechanical converter generates electric power in accordance with the vibration of the structure,
The transmitting unit transmits the measurement result using the power as a power source,
Structure monitoring device characterized by the above-mentioned. 請求項１に記載の構造物の監視装置において、
前記電力を蓄積する蓄電手段と、
前記測定手段の測定結果を記録する記憶手段とを備え、
前記送信手段は、前記蓄電手段が蓄積する前記電力を電源として前記記憶手段が記憶する前記測定結果を送信すること、
を特徴とする構造物の監視装置。The structure monitoring device according to claim 1,
Power storage means for storing the power,
Storage means for recording a measurement result of the measurement means,
The transmitting unit transmits the measurement result stored in the storage unit using the power stored in the power storage unit as a power source,
Structure monitoring device characterized by the above-mentioned. 請求項１又は請求項２に記載の構造物の監視装置において、
前記機械電気変換手段は、前記蓄電手段が蓄積する前記電力を発生するとともに、前記測定手段が測定する前記電力を発生する圧電材料を備えること、
を特徴とする構造物の監視装置。In the structure monitoring device according to claim 1 or 2,
The electromechanical conversion unit generates the power stored by the power storage unit, and includes a piezoelectric material that generates the power measured by the measurement unit,
Structure monitoring device characterized by the above-mentioned. 請求項１又は請求項２に記載の構造物の監視装置において、
前記機械電気変換手段は、
前記測定手段が測定する前記電力を発生する測定用圧電材料と、
前記蓄電手段が蓄積する前記電力を発生する充電用圧電材料とを備えること、
を特徴とする構造物の監視装置。In the structure monitoring device according to claim 1 or 2,
The electromechanical conversion means,
A measuring piezoelectric material that generates the power measured by the measuring means,
A charging piezoelectric material that generates the power stored by the power storage means,
Structure monitoring device characterized by the above-mentioned. 構造物の状態を監視する構造物の監視システムであって、
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の構造物の監視装置と、
前記送信手段が送信する前記測定結果を受信する通信装置とを備え、
前記通信装置は、前記監視装置が前記構造物に複数設置されているときに、この監視装置毎に前記測定結果を前記送信手段から受信すること、
を特徴とする構造物の監視システム。A structure monitoring system for monitoring a state of a structure,
A structure monitoring device according to any one of claims 1 to 4,
A communication device for receiving the measurement result transmitted by the transmission means,
The communication device, when a plurality of the monitoring device is installed in the structure, receiving the measurement result from the transmission unit for each monitoring device,
A structure monitoring system characterized by the following. 請求項５に記載の構造物の監視システムにおいて、
前記通信装置が受信した前記測定結果を解析する解析装置を備えること、
を特徴とする構造物の監視システム。The structure monitoring system according to claim 5,
Having an analysis device for analyzing the measurement result received by the communication device,
A structure monitoring system characterized by the following.
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