JP2005030811A

JP2005030811A - 被検出物の劣化検出方法及び被検出物の劣化検出装置

Info

Publication number: JP2005030811A
Application number: JP2003193872A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Ishihara; 恒石原; Masahiro Tohara; 正博戸原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】本発明は、タイル、コンクリート等の構造物や，タイヤ等の被検出物の劣化を非接触で、自動的に検出できる被検出物の劣化検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】構造物１外の無線装置３から、前構造物１に取着された無線タグ２へ電磁波を送信して、前記構造物１の劣化検出方法であって、前記無線タグ２には予め識別番号を書き込んで前記構造物１に取り付け、前記無線装置３から前記無線タグ２の応答を確認し、前記無線タグ２からの応答の有無によって前記構造物の劣化を検出するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検出物の劣化検出装置及び被検出物の劣化検出装置に係わり、特に無線タグを埋設固着し、被検出物の劣化を無線タグからの応答によって検出する被検出物の劣化検出方法及び被検出物の劣化検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、新幹線のトンネルにおけるコンクリート塊の崩落事故や、高速道路側壁のタイルの剥がれ、コンクリート壁の崩落事故等の発生によって、老朽化した被検出物の劣化診断技術の開発要求が高まっている。
【０００３】
このようなコンクリート被検出物の劣化状態を検出する方法として、炭素繊維糸条を配置したシートをコンクリート被検出物と一体にして張り付け、炭素繊維糸条の電気抵抗の変化を測定して、被検出物の歪みやひび割れ等の劣化を検出する方法が知られている（例えば、特許文献１。）。
【０００４】
また、トンネル等の被検出物のひび割れ検出方法としては、ひび割れをまたぐように光ファイバーを壁面に固定し、光ファイバの歪み量を測定してひび割れ幅の変化を測定しようとする方法が開示されている（例えば、特許文献２。）。
【０００５】
最近では、タイヤ等の耐久消費財の劣化を検出する要求も高くなっている。
【０００６】
自動車等の車両用タイヤは、製造管理だけでなく、保守管理においても個々品質情報を迅速に知ることが求められている。
【０００７】
そのような要求に対応するために、個々のタイヤに無線タグを取り付け、タイヤの空気圧、内部温度等を検出する方法が開示されている（例えば、特許文献３。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２５３５６１号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−６６１１７号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２００２−２６４６１７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
トンネル等のコンクリート被検出物においては、上述した炭素繊維糸条の抵抗変化による検査方法がる。この方法においては炭素繊維が剥離した場合、炭素繊維シートによって電気設備に短絡事故が発生する可能性があるので電気設備が設けられている場合には使用できない。さらに、炭素繊維の耐力強度の定量的な強度の根拠が求めづらく信頼性に欠けることも知られている。
【００１２】
この被検出物を検査する他の方法として、光ファイバーによる歪み量からひび割れを検出する方法がある。この方法においては、光ファイバーを予めひび割れした部分をまたいだ両側において固定部材により壁面に固定すると共に、固定部分間を緩みのないように、張力がかかるように固定することが必要である。
【００１３】
そのため、先ず、光ファイバの取り付けには、予めひび割れ箇所を多大の時間と人をかけて目視検査して見つける作業が必要であること、さらに、発見した箇所のひび割れ部に最適な張力で取り付ける作業をともなうため、この検査方法には多くの手間と熟練を必要とする。
【００１４】
また、上述した車両用タイヤは、空気圧や、内部温度等の状態の検出はされているが、走行するタイヤの重要な品質検査項目であるタイヤの磨耗量を自動的に検知する方法は知られていない。
【００１５】
本発明は、このような従来の検査方法の問題点を解決するためになされたもので、劣化によるコンクリート被検出物の脱落、ひび割れ及び車両等タイヤの磨耗量等の劣化を非接触で自動検出する被検出物の劣化検出方法及び被検出物の劣化検出装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の被検出物の劣化検出方法及び被検出物の劣化検出装置は、請求項１においては、被検出物外に置かれた無線装置から、前記被検出物に取着された無線タグへ電磁波を送信して、前記被検出物の構造の劣化を検出する検出方法であって、前記無線タグには予め識別番号を書き込んで前記被検出物に取着し、前記無線装置から前記無線タグの応答を確認し、前記無線タグからの返信の有無によって前記被検出物の劣化を検出するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
請求項４においては、被検出物外の無線装置から、前記被検出物に取着された無線タグへ電磁波を送信して、前記被検出物の構造の劣化を検出する検出装置であって、予めタグ番号を書き込んで前記被検出物に取着された無線タグと、前記無線タグからの応答の有無によって前記被検出物の劣化を検出する無線装置とからなることを特徴とする。
【００１８】
したがって、予めコンクリート等の構造物、例えば、タイルなどに一体で固着埋設された無線タグの脱落や、無線タグのアンテナの断線を無線装置による応答の有無で知ることができるので、構造物のひび割れや剥離及び磨耗等の劣化を検出することができる。
【００１９】
請求項８においては、予め識別番号が格納され、トンネル内の被検出物に固着埋設された無線タグと、トンネル内を移動する走行車上に配置され、前記埋設された無線タグの有無を検出する無線装置とから構成され、前記無線タグの識別番号はトンネル内内壁の位置と対応した識別番号とし、前記識別番号の応答の有無によって前記トンネル内の被検出物の劣化位置を検出するようにしたことを特徴とする。
【００２０】
したがって、種々の形状、通信方式及び通信エネルギの選択が可能であることから、無線タグをトンネル等のひび割れ箇所に固着埋設し、無線タグの脱落、断線を検出することによってひび割れ等の構造物の劣化進行を検出することができる。
【００２１】
請求項１１においては、走行するタイヤに取着された無線タグであって、前記タイヤの磨耗量警報位置にタイヤの外周と同心円上に固着埋設されたタグアンテナと、タイヤ外に設けられた無線装置とからなり前記タグアンテナが前記タイヤの磨耗によって断線したことを検出するようにしたことを特徴とする。
【００２２】
したがって、走行中のタイヤの磨耗を検出し、警報を運転者に知らせることができる
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１及び図２を参照して説明する。第１の実施の形態における被検出物は、比較的小さな構造物のタイルや、比較的大きな構造物のコンクリート等である。図１（ａ）タイル等の比較的小さな形状の構造物１の劣化検出装置の分解斜視図である。同図（ｂ）はコンクリート等の比較的大きな構造物１の劣化検出装置の分解斜視図である。
【００２５】
これらの装置の検出原理は、構造物１の劣化を内蔵される無線タグ２、４の脱落または無線タグ２、４のタグアンテナ４ａの断線を無線タグ２、４からの通信応答の有無によって検出するものである。
【００２６】
夫々の構成は、タイルまたはコンクリートの構造物１と、所定の配列で構造物１内に固着埋設される無線タグ２、４と、無線タグ２、４に電磁波を送信し、無線タグ２、４からの信号の有無を受信する無線装置３とから構成される。
【００２７】
詳細を後述する無線タグ２、４は、タグアンテナを内蔵したチップ形状の無線タグ２と、タグアンテナ４ａが外付けされる無線タグ４の２種類のタイプがあり、構造物の１の形状、材質及び劣化のパターンによって、その種類と構造物１に埋設する個数が選択される。
【００２８】
この無線タグ２、４と無線装置３との伝送は、通信距離が比較的長くできる電磁誘導方式とし、無線タグ２、４へのアクセスは読出し専用型とし、無線装置３からの電磁波の誘導起電力を電源として作動する機能を備えたものとする。また、通信方式は、応答速度によって種々選択されるが、時分割通信ができる半２重通信機能があれば良い。
【００２９】
構造物１は、所定の形状で建築物に取り付けられるもので、例えば、高速道路や地下鉄等のトンネル内壁面に固着されて取り付けられる、タイルやコンクリートである。
【００３０】
無線タグ２は、同図（ａ）に示すように、タグアンテナを内蔵するタイプで、構造物１内に複数個配置した場合の例で、予め識別番号を記憶した無線タグ２が所定の位置に配列されて固着埋設される。また、同図（ｂ）は無線タグ４のタグアンテナ４ａを、検出する構造物の形状に合わせて、所定の形状で分割して構造物１内に固着埋設される。
【００３１】
次に、無線タグ２、４及び無線装置３の詳細構成について図２を参照して説明する。無線タグ２、４のタグアンテナ４ａ及び無線装置３の無線アンテナ３ａの形状、構造は、固着埋設する構造物１とその通信距離によって予め設定されるが、夫々の機能、構成は同一である。
【００３２】
無線タグ２、４は、タグアンテナ４ａと、タグアンテナ４ａによって電磁波を送受信する送受信回路１４と、受信した電磁波のエネルギを蓄積し、各部に電源を供給するコンデンサ１６、及び無線タグ２、４の識別番号を予め記憶したメモリ１７と、この無線タグ２、４の送受信信号を制御するＣＰＵ１５とから構成される。
【００３３】
一方、無線装置３は無線タグ２、４との送受信信号を制御するＣＰＵ１１及びメモリ１１ａと、無線アンテナ３ａから電磁波を送受信する送受信回路１２と及び無線タグ２、４からの受信信号によって構造物１に固着された無線タグ２、４の剥離、脱落及び無線タグアンテナ４ａの断線を検出する検出回路１３とから構成される。
【００３４】
また、無線装置３と無線タグ２、４とは、所定の方向で通信する電磁波が誘導可能な範囲となるように配置する。したがって無線タグ２、４が取り付けられる構造物１の形状によって、種々の支持方法が考えられるが、通信可能な範囲を超える位置関係となる場合には、所定の範囲以内とするために、例えば、無線装置３をロボットに取り付け機械的に走査するようにする。
【００３５】
次に、このように構成された無線タグ２、４の固着方法について、再び図１を参照して説明する。図１（ａ）は、構造物１が比較的小さい形状のタイル等の場合であって、タイルの剥離部５、または全てが脱落することを検出する。この場合、無線タグ２は構造物１の表層部に埋設またはエポキシ等によって固着される。
【００３６】
また、無線タグ２は、固有の識別番号と構造物１の劣化パターンによってその配列方法と個数が定められる。
【００３７】
このような無線タグ２の外装は、ガラスやプラスチック等の誘電体で絶縁され、構造物１に埋設された無線タグ２と無線装置３との通信距離と要求される電磁界強度とからタグアンテナの巻き数が定められる。
【００３８】
図１（ｂ）の場合は、比較的大きいコンクリート等の構造物１の場合であって、製造段階において無線タグ４とともに所定の形状のタグアンテナ４ａが構造物１内に分割して固着埋設される。
【００３９】
無線タグ４が内蔵された構造物１は、トンネル等の大型建築物の表層または表面に埋設固着される場合もある。この場合のタグアンテナ４ａの機械的強度は、構造物１の剥離、ひび割れ時において構造物の１の強度以下で断線するものを、予め検証して採用する。
【００４０】
次にこのように構成された構造物１の劣化検出動作について図１及び図２を参照して説明する。無線装置３から、埋設された夫々の無線タグ２、４に対して応答要求のアクセス送信を行う。すると、無線タグ２または４からその応答として識別信号が返信される。
【００４１】
例えば、図１（ａ）に示すように構造物１に部分的にたいるの一部に剥離部５が発生すると、無線タグ２の脱落や破損が生じる。また、同図（ｂ）に示すように構造物１にひび割れ部６が発生するとその部分の無線タグ４のタグアンテナが断線する。その結果、無線装置３からの応答要求に対して返信がされない。
【００４２】
即ち、無線装置３では、無線タグ２、４に対して応答要求を送信し、検出回路１３は埋設された無線タグ２、４の識別番号と埋設位置をメモリ１１ａから読出し、受信した識別信号と比較し、無線タグ２、４に対して要求した応答信号に対する返信信号の有無によって構造物１の劣化の有無とその位置を自動検出する。
【００４３】
上述した本発明の実施の形態によれば、構造物１の大きさ、及び構造物１が実装される建築物における劣化特性に応じて、無線タグ２、４の２種のタイプを使い分けることができる。そして、無線タグ２、４の固着方法、タグアンテナ４ａの機械的強度と固着方法を検証して設定配置することによって、タイルやコンクリート等の構造物の被検出物の劣化を自動的に非接触で検出することができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図３は第２の実施の形態を説明する分解斜視図である。第２の実施の形態における被検出物は、トンネル等の大きな大きな構造物の場合で、この場合の被検出物の劣化検出装置は、図３（ａ）において、トンネル２０の内壁面に固着埋設された無線タグ２１と、無線タグ２１と通信を行い無線タグ２１のタグアンテナの断線を検知する無線装置２２と、無線タグ２１に近接し、無線装置２２を搭載してトンネル２０内を走行する走行車２３とから構成される。
【００４５】
無線タグ２１、無線装置２２の夫々の構成は第１の実施の形態と同じ構成であるので、この部分については説明を割愛し相違点についてのみ説明する。タグアンテナを所定の形状とし、埋設された無線タグ２１は、予めトンネル２０の半円筒の内周壁面表層に、所定の位置に全面に渡り分割配置される。
【００４６】
このタグアンテナの形状と強度は、劣化診断するトンネル２０壁面の構造物の強度以下になるよう、且つ、無線装置２２と所定通信距離で通信可能となるように予め設定しておく。
【００４７】
また無線装置２２は、個々の無線タグ２１のいずれが断線したのかを区別して受信するとともに、走行車２３が所定速度で走行しても検出可能とするために、無線装置２２を円周方向に、無線タグ２１の円周方向の片側走行車線の配列数分、独立して配置する。そして、夫々の無線装置２２の無線アンテナと無線タグ２１のタグアンテナとの距離と、中心位置が略一致するように無線装置２２の支持台２４を走行車２３の車上に固定する。
【００４８】
さらに、無線タグ２１の識別番号は、トンネル２０の円周方向及び走行方向で区別して個々の無線タグ２１のメモリに記憶しておく。
【００４９】
このように設定したトンネル２０内壁面の構造物の劣化検出装置は、トンネル内を所定の走行速度で走行し、内壁面構造物の劣化の有無を検出することができる。また、無線装置２２を走行車範囲で４分の１円周分を検査するものとすれば、他の走行車の通行を妨げることなく検査することが可能となる。
【００５０】
同図（ｂ）は、上述した同図（ａ）の構造物の劣化検出装置によって検出されたトンネル２０内壁面のひび割れＡ部の断面を示し、このひび割れＡ部に固着埋設される無線タグ２１ａによって、ひび割れＡ部の劣化進行を検出する説明図である。
【００５１】
同図において、ひび割れＡ部にはひび割れＡ部の形状とほぼ同等形状の無線タグ２１ａ、例えば、ガラス等の１ｍｍ^２の程度の粒条のチップをひび割れＡ部に固着埋設しておく。この無線タグ２１ａのタグアンテナは、上述した無線タグ２１と異なり、大きなタグアンテナ面積を確保できないが、異常箇所が特定できているので、検出のための詳細な設定と監視が可能となる。
【００５２】
このようなひび割れＡ部の進行は、定期的に検査を行い、無線タグ２１ａの脱落や破損によって無線タグから２１ａからの信号が受信信号の有無によって、ひび割れが更に進行したか否かが自動検出できる。
【００５３】
（第３の実施の形態）
図４は第３の実施の形態の説明図である。第３の実施の形態における被検出物は、走行車に実装されるタイヤの場合で、この場合の被検出物の劣化検出装置は、同図（ａ）は図示しない走行車に実装される一つのタイヤの正面図、同図（ｂ）はそのｘｙ断面図を示す。
【００５４】
同図（ｂ）における劣化検出装置は、タイヤ３０とタイヤ３０の外周から所定の距離Δｔの位置で、タイヤ３０に埋め込まれ、且つ同心円上に複数回巻かれたタグアンテナ３１ａと、タイヤ中空部に配置した無線タグ３１及びこの無線タグ３１と通信する走行車に搭載された図示しない無線装置とから構成される。
【００５５】
距離Δｔはタイヤの磨耗量として危険を示す位置を示す。
【００５６】
このように構成されたタイヤに埋設されたタグアンテナ及び中空部に配置された無線タグ３１は、タグアンテナ３１ａのいずれかがタイヤの磨耗と共に断線した場合、無線タグ３１からの応答が検出できなくなるのでそのタイヤの磨耗量が危険量以上となったことを自動的に非接触で検出し、且つ走行車の運転者に警報することが可能になる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、タイル、コンクリート等の構造物、或いはタイヤ等の被検出物に予め無線タグを埋設等により固着し、無線タグに対応して設けた無線装置によって無線タグからの応答の有無を検出できるので、構造物等の被検出物の劣化を非接触で自動的に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の説明図。
【図２】無線タグの構成図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の説明図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の説明図。
【符号の説明】
１構造物
２無線タグ
３無線装置
３ａ無線アンテナ
４無線タグ
４ａタグアンテナ
５剥離部
６ひび割れ部
１１ＣＰＵ
１２送受信回路
１３検出回路
１４送受信回路
１５ＣＰＵ
１６コンデンサ
１７メモリ
２０トンネル
２１無線タグ
２２無線装置
２３走行車
２４支持台
３０タイヤ
３１無線タグ
３１ａタグアンテナ

Claims

被検出物外に置かれた無線装置から、前記被検出物に取着された無線タグへ電磁波を送信して、前記被検出物の構造の劣化を検出する検出方法であって、
前記無線タグには予め識別番号を書き込んで前記被検出物に取着し、
前記無線装置から前記無線タグの応答を確認し、
前記無線タグからの返信の有無によって前記被検出物の劣化を検出するようにしたことを特徴とする被検出物の劣化検出方法。
前記被検出物への無線タグの取着は、前記被検出物の劣化を検出する箇所に前記無線タグのタグアンテナを埋設し、埋設箇所の構造劣化箇所もける前記タグアンテナの断線を前記無線装置によって検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の被検出物の劣化検出方法。
前記被検出物への無線タグの取着は、前記被検出物の劣化を検出する箇所に無線タグを固着し、固着箇所の構造劣化による無線タグの脱落もしくは破損を前記無線装置によって検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の被検出物の劣化検出方法。
被検出物外の無線装置から、前記被検出物に取着された無線タグへ電磁波を送信して、前記被検出物の構造の劣化を検出する検出装置であって、予めタグ番号を書き込んで前記被検出物に取着された無線タグと、
前記無線タグからの応答の有無によって前記被検出物の劣化を検出する無線装置とからなることを特徴とする被検出物の劣化検出装置。
前記無線タグは、予め識別信号を書き込んだメモリと、
前記無線装置との信号を送受信するタグアンテナと、
前記無線装置からの読出し応答信号に対し、前記無線タグの識別信号を返信する送信手段とを
備えたことを特徴とする請求項４に記載の被検出物の劣化検出装置。
前記無線タグのタグアンテナは、被検出物の単位構造毎またはその周囲に固着埋設したことを特徴とする請求項５に記載の被検出物の劣化検出装置。
前記無線タグは、ガラスまたはプラスチックにマウントし、前記被検出物に固着埋設したことを特徴とする請求項５に記載の被検出物の劣化検出装置。
予め識別番号が格納され、トンネル内の被検出物に固着埋設された無線タグと、
トンネル内を移動する走行車上に配置され、前記埋設された無線タグの有無を検出する無線装置とから構成され、
前記無線タグの識別番号はトンネル内内壁の位置と対応した識別番号とし、前記識別番号の応答の有無によって前記トンネル内の被検出物の劣化位置を検出するようにしたことを特徴とする被検出物の劣化検出装置。
前記無線タグは、タグアンテナを所定の形状として、トンネル内壁に複数個分割配置したことを特徴とする請求項８に記載の被検出物の劣化検出装置。
前記無線装置は、前記無線タグの円周方向の分割配列数分独立に設け、夫々の前記無線装置と前記無線タグの中心距離が等距離となるように前記走行車に固定したことを特徴とする請求項８または９記載に記載の被検出物の劣化検出装置。
前記無線タグは、ガラス等の絶縁物に封入された粒形状のチップとし、ひび割れ部に埋設固着されたことを特徴とする請求項８に記載の被検出物の劣化検出装置。
走行するタイヤに取着された無線タグであって、
前記タイヤの磨耗量警報位置にタイヤの外周と同心円上に固着埋設されたタグアンテナと、
タイヤ外に設けられた無線装置とからなり、
前記タグアンテナが前記タイヤの磨耗によって断線したことを検出するようにしたことを特徴とする被検出物の劣化検出装置。