JP6812335B2 - Corrosion environment monitoring device and corrosion environment monitoring system equipped with it - Google Patents
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Description
本発明は、大気中において金属腐食に関わる環境因子を測定して監視する腐食環境監視装置及びそれを備えた腐食環境監視システムに関する。 The present invention relates to a corrosion environment monitoring device that measures and monitors environmental factors related to metal corrosion in the atmosphere, and a corrosion environment monitoring system including the same.
大気環境において、金属腐食に関わる環境因子を測定することで、構造物等の金属腐食状態をモニタリングすることが行われている。こうした環境因子の測定・モニタリングでは、温度センサ及び湿度センサとともに腐食速度等を簡易に評価可能な自己腐食性のACM(Atmospheric Corrosion Monitor)型腐食センサ(以下、ACMセンサとする)といったものが用いられている。ACMセンサは、金属腐食性因子である濡れ時間、海塩相当付着量を計測でき、センサ出力の日平均電気量が金属材料の腐食速度と高い相関が得られることが知られている。 In the atmospheric environment, the state of metal corrosion of structures and the like is monitored by measuring environmental factors related to metal corrosion. In the measurement and monitoring of such environmental factors, a self-corrosive ACM (Atmospheric Corrosion Controller) type corrosion sensor (hereinafter referred to as an ACM sensor) that can easily evaluate the corrosion rate and the like is used together with a temperature sensor and a humidity sensor. ing. It is known that the ACM sensor can measure the wetting time, which is a metal corrosive factor, and the amount of adhesion equivalent to sea salt, and that the daily average electric energy of the sensor output has a high correlation with the corrosion rate of the metal material.
ACMセンサでは、電極部の電気化学反応により電極間に流れるガルバニック電流を測定することで、金属腐食の進行を定量的に分析することができる。例えば、特許文献1では、ACMセンサの出力をACMロガーに所定時間毎に記録するようにし、ACMロガーには温湿度計が接続されて同じタイミングで測定値を記録するようにした点が記載されている。また、特許文献2では、屋内の保護環境下にACMセンサ及び温湿度センサを配置して両者をデータロガーに接続し、所定期間中のセンサ出力を継続して記録する点が記載されている。
In the ACM sensor, the progress of metal corrosion can be quantitatively analyzed by measuring the galvanic current flowing between the electrodes due to the electrochemical reaction of the electrodes. For example, Patent Document 1 describes that the output of an ACM sensor is recorded in an ACM logger at predetermined time intervals, and a thermo-hygrometer is connected to the ACM logger to record measured values at the same timing. ing. Further,
特許文献1及び2では、ACMセンサの測定値をデータロガーに順次記録しておき、データロガーに記録された所定期間の測定値に基づいて金属材料の腐食進行状況を判定するようにしている。ACMセンサの設置場所は、腐食が進行しやすい屋外環境が多く、構造物の高所や橋梁の底面といった肉眼で直接確認しにくい場所では、記録データを作業員が収集するための設備を別途設ける必要がある。また、ACMセンサの設置数を増やした方がよりきめ細かく測定値を得ることができ、腐食進行状況をより正確に判定することが可能となるが、記録データを収集する作業量が増加することが避けられない。
In
そこで、本発明は、無線通信により監視データを効率よく収集することができる腐食環境監視装置及びそれを備えた腐食環境監視システムを提供することを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a corrosive environment monitoring device capable of efficiently collecting monitoring data by wireless communication and a corrosive environment monitoring system provided with the device.
本発明に係る腐食環境監視装置は、ACMセンサ及び温湿度センサからなる腐食監視センサからの出力データに基づいて測定データを作成する測定データ作成部と、前記測定データのうち前記温湿度センサからの湿度データ及び前記ACMセンサからの電流データに基づいて腐食速度を評価する解析データを作成する処理部と、前記測定データ及び前記解析データを監視データとして無線通信により外部に送信する送受信部と、各部に電源を供給するバッテリを有する電源部とを備え、前記処理部は、スリープ処理に移行した後の割り込み処理で測定処理を行う。 The corrosion environment monitoring device according to the present invention is a measurement data creation unit that creates measurement data based on output data from a corrosion monitoring sensor including an ACM sensor and a temperature / humidity sensor, and the temperature / humidity sensor among the measurement data . a transceiver for transmitting to the outside by radio communication and processing unit for producing an analysis data for evaluating the corrosion rate on the basis of humidity data and the current data from the ACM sensor, the measurement data and the analysis data as the monitoring data, each unit The processing unit is provided with a power supply unit having a battery for supplying power to the data unit, and the processing unit performs measurement processing by interrupt processing after shifting to sleep processing .
本発明に係る腐食環境監視システムは、複数の上記の腐食環境監視装置と、前記監視データを無線通信により受信して収集処理する収集処理装置とを備えている。 The corrosive environment monitoring system according to the present invention includes a plurality of the above-mentioned corrosive environment monitoring devices and a collection processing device that receives and collects the monitoring data by wireless communication.
本発明は、上記のような構成を有することで、腐食環境監視装置の監視データを効率よく収集することができる。 By having the above-mentioned configuration, the present invention can efficiently collect the monitoring data of the corrosion environment monitoring device.
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Since the embodiments described below are preferable specific examples for carrying out the present invention, various technical restrictions are made, but the present invention particularly limits the present invention in the following description. Unless otherwise stated, it is not limited to these forms.
図1は、本発明に係る実施形態である腐食環境監視装置及びそれを備えた腐食環境監視システムに関する概略構成図である。腐食環境監視システムは、腐食監視センサに接続される腐食環境監視装置1及び腐食環境監視装置1から無線通信によりデータを収集する収集処理装置2からなる。腐食環境監視装置1は、測定場所に設置された複数の腐食監視センサにそれぞれ接続されて複数台設置されており、複数の腐食環境監視装置1の監視データが収集処理装置2に収集されて処理されるようになっている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a corrosive environment monitoring device and a corrosive environment monitoring system provided with the corrosive environment monitoring device according to the embodiment of the present invention. The corrosion environment monitoring system includes a corrosion environment monitoring device 1 connected to a corrosion monitoring sensor and a
この例では、腐食監視センサとして、ACMセンサS及び温湿度センサ13が用いられている。ACMセンサSは、電極部を導電性ペーストを用いた印刷法により形成し、電極部の露出表面を被覆するように金属薄膜を形成する表面処理を行うことで、出力電流を高めることができるようになるとともに検出限界を低下させることが可能となっている。
In this example, the ACM sensor S and the temperature /
腐食環境監視装置1は、ACMセンサSからの出力電流が入力される電流入力回路11、電流入力回路11から出力された電流データをAD変換するデータ変換回路12を備えている。また、腐食環境監視装置1は、内蔵する温湿度センサ13からの出力信号が入力される温湿度入力回路14、データ変換回路12及び温湿度入力回路14から出力された測定データに基づいて解析データを作成する処理部10、得られた測定データ及び解析データを記憶する記憶部15、データを外部の収集処理装置2との間で無線通信により送受信する送受信部16、及び、各回路及び各部に電源を供給するバッテリ等の電源部17を備えている。なお、この例では、電流入力回路11及びデータ変換回路12並びに温湿度入力回路14がそれぞれ測定データ作成部に相当する。
The corrosion environment monitoring device 1 includes a
収集処理装置2は、複数の腐食環境監視装置1との間でデータを無線通信により送受信する送受信部21、送受信部21から得られたデータを収集して処理する処理部20、処理されたデータを記憶する記憶部22、及び、外部装置と接続してデータを送受信するインターフェース部23を備えている。
The
複数の腐食環境監視装置1と収集処理装置2との間の無線通信では、920MHz帯の無線伝送方式を用いることが好ましい。こうした無線伝送方式を用いることで、両者の間の通信距離を最大500mまで離隔して設置することが可能となり、橋梁等の大型構造物や山間部等の遠隔地の場合でも腐食環境監視装置1を設置することで、以後のデータ収集を無線通信により効率よく行うことができる。
In the wireless communication between the plurality of corrosion environment monitoring devices 1 and the
920MHz帯の無線伝送方式では、多数のネットワークが併存して通信を行うことを想定して通信を長時間占有しないようにルールが規定されているため、通信時間を短く区切ることで低消費電力設計がしやすくなり、腐食環境監視装置1をバッテリにより長期間動作させることが可能となる。 In the 920MHz band wireless transmission system, rules are stipulated so that communication is not occupied for a long time assuming that many networks coexist and communicate, so low power consumption design is achieved by dividing the communication time short. It becomes easy to remove, and the corrosion environment monitoring device 1 can be operated for a long period of time by the battery.
図2は、腐食環境監視装置1における監視データの処理フローを示しており、図3は、収集処理装置2における監視データの処理フローを示している。腐食環境監視装置1では、処理部10において測定データの処理を行っており、電源が投入されることで、起動されて初期設定が行われる(S100)。初期設定では、例えば、測定モード、測定開始日時、測定間隔、最終測定日時といった処理に必要な初期設定データを記憶部15から読み出して初期値を設定する。初期設定の処理後、スリープ処理に移行し(S101)、バッテリの消費電力を抑えるため、必要最低限の処理のみを行うように設定する。そして、初期設定された測定間隔に応じて測定タイミングか否か判定し(S102)、測定タイミングに対応して割り込み処理が行われた場合には(S102:YES)測定処理が行われる(S103)。測定タイミングでない場合には(S102:NO)、所定間隔で測定タイミングの判定が繰り返し行われる。
FIG. 2 shows the processing flow of the monitoring data in the corrosion environment monitoring device 1, and FIG. 3 shows the processing flow of the monitoring data in the
測定処理では、電流入力回路11がACMセンサSの出力電流を検知してデータ変換回路12に電流データを出力し、データ変換回路12からAD変換された測定データが処理部10に入力される。また、温湿度入力回路14が温湿度センサ13からの出力信号を検知して測定データを処理部10に出力する。
In the measurement process, the
処理部10では、測定データを記憶部15に記憶するとともに得られた測定データに基づいて腐食速度を評価する解析データを設定するデータ処理を行う(S104)。この例では、ACMセンサSから得られた電流データ及び温湿度センサから得られた湿度データに基づいて公知の海塩相当付着量を算出する。具体的には、公知のI−RH校正曲線を基準として、湿度データ毎に電流データと海塩相当付着量との間の直線近似式を求めておき、直線近似式に関するデータを初期設定データとして記憶部15に予め記憶しておく。直線近似式に関するデータは、設置場所の気象条件等により変動するため、設置場所の条件に合せて設定することが好ましい。
The
そして、得られた湿度データに対応する直線近似式を用いて海塩相当付着量の近似値を算出して、記憶部15に記憶する。腐食速度は、海塩相当付着量及び湿度と相関関係を有することが知られているから(例えば、中津 美智代 他1名、「福井県における炭素鋼の大気腐食性評価」、材料と環境、2013年、62、426−429 参照)、海塩相当付着量の近似値に基づいて腐食速度を評価する解析データを設定することができる。例えば、各湿度について海塩相当付着量の所定範囲毎に解析データのレベルを設定したり、海塩相当付着量の累積データについて所定量に到達する毎に解析データのレベルを設定するようにすればよい。そして、こうして得られた解析データを測定データとともに監視データとして収集処理装置2に送信する(S105)。
Then, an approximate value of the amount of sea salt equivalent adhered is calculated using a linear approximation formula corresponding to the obtained humidity data, and stored in the
収集処理装置2では、処理部20において監視データの処理を行っており、電源が投入されることで、起動されて初期設定が行われる(S200)。初期設定では、例えば、測定モード、測定開始日時、測定間隔、最終測定日時といった処理に必要な初期設定データを記憶部22から読み出して初期値を設定する。
In the
次に、収集処理装置2は、腐食環境監視装置1からのデータ送信の有無をチェックし(S201)、受信がない場合(S201:NO)には、インターフェース部23にパーソナルコンピュータ、USBメモリ等の外部接続装置の接続の有無をチェックする(S202)。外部接続がない場合(S202:NO)、ステップS201に戻り、データ送信の有無をチェックする。ステップS201でデータ送信があった場合(S201:YES)には、腐食環境監視装置1から送信された監視データを受信し(S203)、記憶部22にデータを腐食環境監視装置1別に保存処理する(S204)。また、ステップS202で外部接続があった場合(S202:YES)には、外部装置との間でデータの送受信を行う(S205)。
Next, the
例えば、外部装置としてパーソナルコンピュータを接続した場合には、各腐食環境監視装置1からの監視データを収集処理装置2より取得して様々な解析処理を行うことができる。例えば、解析データが所定のレベルに到達している腐食環境監視装置1に関する測定データに基づいて過去のデータを読み出してさらに精度の高い解析処理を行うことができる。この場合、腐食状態は徐々に進行していくため、長期間にわたる監視期間が必要となるが、監視期間において腐食環境監視装置1から得られた解析データを指標として用いることで、腐食状態が進行している部位を確実に把握して、重点的に腐食状態を解析することが可能となる。
For example, when a personal computer is connected as an external device, monitoring data from each corrosion environment monitoring device 1 can be acquired from the
また、腐食環境監視装置1の設置場所の位置データと監視データとを関連付けることで、測定対象物の腐食状態について3次元分布を作成することが可能となり、高精度の解析処理を実現することができる。なお、こうした解析処理の機能を収集処理装置2に持たせるようにしてもよい。
In addition, by associating the position data of the installation location of the corrosion environment monitoring device 1 with the monitoring data, it is possible to create a three-dimensional distribution of the corrosion state of the measurement target, and it is possible to realize highly accurate analysis processing. it can. The
収集処理装置2は、インターネット等の通信ネットワークに接続して通信ネットワークを介して収集処理したデータを遠隔地に設置されたデータセンターに送信するように設定することも可能で、広範囲に設置された腐食環境監視装置1からの大量の測定データを解析することで、広範囲の対象物の腐食状況を高精度で分析することができる。
The
図4は、通信ネットワークを用いた腐食環境監視システムに関する概略構成図である。この例では、腐食環境監視装置1’をインターネット等の通信ネットワークNを介して収集処理装置2’と接続されており、LTE回線等の商業通信サービスを使用してデータの送受信を行うようになっている。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a corrosion environment monitoring system using a communication network. In this example, the corrosion environment monitoring device 1'is connected to the collection processing device 2'via a communication network N such as the Internet, and data is transmitted and received using a commercial communication service such as an LTE line. ing.
腐食環境監視装置1’は、ACMセンサSからの出力電流が入力される電流入力回路11’、電流入力回路11’から出力された電流データをAD変換するデータ変換回路12’を備えており、腐食監視センサSの近傍に設置された温湿度センサ13’からの出力信号が入力される温湿度入力回路14’、データ変換回路12’及び温湿度入力回路14’から出力された測定データに基づいて解析データを作成する処理部10’、得られた測定データ及び解析データを記憶する記憶部15’、通信ネットワークNに接続された管理サーバPとの間で無線通信によりデータ等を送受信する送受信部16’、及び、各回路及び各部に電源を供給するバッテリ等の電源部17’を備えている。なお、この例では、電流入力回路11’及びデータ変換回路12’並びに温湿度入力回路14’がそれぞれ測定データ作成部に相当する。 The corrosion environment monitoring device 1'includes a current input circuit 11'to which the output current from the ACM sensor S is input, and a data conversion circuit 12' which AD-converts the current data output from the current input circuit 11'. Based on the measurement data output from the temperature / humidity input circuit 14', the data conversion circuit 12', and the temperature / humidity input circuit 14', in which the output signal from the temperature / humidity sensor 13'installed near the corrosion monitoring sensor S is input. Transmission / reception of data etc. by wireless communication with the processing unit 10'that creates analysis data, the storage unit 15' that stores the obtained measurement data and analysis data, and the management server P connected to the communication network N. A unit 16'and a power supply unit 17'such as a battery that supplies power to each circuit and each unit are provided. In this example, the current input circuit 11', the data conversion circuit 12', and the temperature / humidity input circuit 14' correspond to the measurement data creation unit, respectively.
収集処理装置2’は、通信ネットワークNに接続された管理サーバPとの間でデータを無線通信により送受信する送受信部21’、送受信部21’から得られたデータを処理する処理部20’、処理されたデータを記憶する記憶部22’、及び、処理されたデータ等を表示する表示部24を備えている。
The collection processing device 2'has a transmission / reception unit 21'that transmits / receives data to / from the management server P connected to the communication network N by wireless communication, a processing unit 20'that processes data obtained from the transmission / reception unit 21', and A storage unit 22'that stores processed data and a
こうした商業通信サービスを使用することで、腐食環境監視装置1’として、スマートフォン等の汎用携帯機器を用いることができ、こうした汎用携帯機器に各種センサを接続して処理に必要なプログラムをインストールして構成すればよい。既存の無線通信システムを使用してシステム構築を容易に行うことができるので、独自にシステム構築する場合に比べてコスト負担及びシステム維持負担を軽減することが可能となる。 By using such a commercial communication service, a general-purpose mobile device such as a smartphone can be used as a corrosion environment monitoring device 1', and various sensors are connected to such a general-purpose mobile device to install a program necessary for processing. It may be configured. Since the system can be easily constructed using the existing wireless communication system, the cost burden and the system maintenance burden can be reduced as compared with the case of independently constructing the system.
通信ネットワークNに接続された管理サーバPに腐食環境監視装置1’がアクセスしてデータをアップロードし、収集処理装置2’が管理サーバPにアクセスしてデータをダウンロードすることで、データ処理をするように設定する。この場合には、腐食環境監視装置1’に入力する更新データや更新プログラムを管理サーバPにアップロードしておき複数の腐食環境監視装置1’に一括してダウンロードするように処理することができ、データの収集処理やシステム更新を効率よく行うことが可能となる。 The corrosion environment monitoring device 1'accesses the management server P connected to the communication network N and uploads data, and the collection processing device 2'accesses the management server P and downloads the data to process the data. To set. In this case, the update data and the update program to be input to the corrosion environment monitoring device 1'can be uploaded to the management server P and processed so as to be downloaded to a plurality of corrosion environment monitoring devices 1'at once. It is possible to efficiently collect data and update the system.
図5は、腐食環境監視装置1’における監視データ処理に関するフローである。腐食環境監視装置1’では、電源が投入されることで、起動されて初期設定処理が行われる(S300)。初期設定処理では、例えば、測定モード、測定開始日時、測定間隔、最終測定日時、送受信間隔といった処理に必要な初期設定データを記憶部15’から読み出して初期値を設定する。測定間隔としては、例えば、1時間毎に行い、送信間隔としては、例えば、1日毎に行うように設定すればよい。 FIG. 5 is a flow related to monitoring data processing in the corrosion environment monitoring device 1'. When the power is turned on, the corrosion environment monitoring device 1'is started and the initial setting process is performed (S300). In the initial setting process, for example, the initial setting data necessary for the process such as the measurement mode, the measurement start date and time, the measurement interval, the final measurement date and time, and the transmission / reception interval is read from the storage unit 15'and the initial value is set. The measurement interval may be set, for example, every hour, and the transmission interval may be set, for example, every day.
初期設定処理後、スリープ処理に移行し(S301)、バッテリの消費電力を抑えるため、必要最低限の処理のみを行うように設定する。そして、所定のタイミングで割り込み処理が行われたか否か判定し(S302)、割り込み処理が行われた場合には(S302:YES)送信間隔に応じて送信タイミングで行われたか否か判定する(S303)。割り込み処理が行われていない場合には(S302:NO)、割り込み処理の判定処理が繰り返し行われる。 After the initial setting process, the process shifts to the sleep process (S301), and in order to reduce the power consumption of the battery, it is set to perform only the minimum necessary process. Then, it is determined whether or not the interrupt processing is performed at a predetermined timing (S302), and if the interrupt processing is performed (S302: YES), it is determined whether or not the interrupt processing is performed at the transmission timing according to the transmission interval (S302: YES). S303). If the interrupt process is not performed (S302: NO), the interrupt process determination process is repeated.
送信タイミングでないと判定された場合には(S303:NO)、測定タイミングにより割り込み処理が行われたものとして測定処理が行われる(S304)。測定処理は、図2で説明したように、同様の測定データの処理が行われる。測定処理後、ステップS301に戻ってスリープ処理が行われる。ステップS303において送信タイミングと判定された場合には(S303:YES)、図2で説明したように、同様のデータ処理が行われ(S305)、通信ネットワークNとの間で監視データのアップロード処理が行われる(S306)。アップロードされた監視データは管理サーバPに一旦保存されるようになる。その際に、更新プログラム等の更新データのダウンロード処理を行うようにすることもできる。こうした送受信処理の後、ステップS301に戻ってスリープ処理が行われる。 If it is determined that it is not the transmission timing (S303: NO), the measurement process is performed assuming that the interrupt process is performed according to the measurement timing (S304). In the measurement process, the same measurement data processing is performed as described with reference to FIG. After the measurement process, the process returns to step S301 and the sleep process is performed. When the transmission timing is determined in step S303 (S303: YES), the same data processing is performed as described with reference to FIG. 2 (S305), and the monitoring data upload process is performed with the communication network N. It is done (S306). The uploaded monitoring data will be temporarily saved in the management server P. At that time, it is also possible to download the update data such as the update program. After such transmission / reception processing, the process returns to step S301 to perform sleep processing.
収集処理装置2’では、適当なタイミングで通信ネットワークNに接続し、管理サーバPに保存されたデータをダウンロードして上述した例と同様にデータの解析処理を行う。 The collection processing device 2'connects to the communication network N at an appropriate timing, downloads the data stored in the management server P, and performs data analysis processing in the same manner as in the above-described example.
以上説明したように、複数の腐食環境監視装置を収集処理装置に対して無線通信により接続して監視データを取得することができるので、腐食環境監視装置を様々な条件で設置した場合でも一括して監視データを効率よく収集することが可能となる。また、腐食環境監視装置は、測定処理及びデータ処理以外はスリープ処理としているため、電源としてバッテリを用いて長期間動作することが可能となる。 As described above, since multiple corrosion environment monitoring devices can be connected to the collection and processing device by wireless communication to acquire monitoring data, even if the corrosion environment monitoring devices are installed under various conditions, they can be collectively obtained. It is possible to efficiently collect monitoring data. Further, since the corrosion environment monitoring device performs sleep processing except for measurement processing and data processing, it can operate for a long period of time using a battery as a power source.
1・・・腐食環境監視装置、2・・・収集処理装置、10・・・処理部、11・・・電流入力回路、12・・・データ変換回路、13・・・温湿度センサ、14・・・温湿度入力回路、15・・・記憶部、16・・・送受信部、17・・・電源部、20・・・処理部、21・・・送受信部、22・・・記憶部、23・・・インターフェース部、24・・・表示部、S・・・腐食監視センサ、P・・・管理サーバ、N・・・通信ネットワーク 1 ... Corrosion environment monitoring device, 2 ... Collection processing device, 10 ... Processing unit, 11 ... Current input circuit, 12 ... Data conversion circuit, 13 ... Temperature and humidity sensor, 14. .. Temperature / humidity input circuit, 15 ... storage unit, 16 ... transmission / reception unit, 17 ... power supply unit, 20 ... processing unit, 21 ... transmission / reception unit, 22 ... storage unit, 23・ ・ ・ Interface part, 24 ・ ・ ・ Display part, S ・ ・ ・ Corrosion monitoring sensor, P ・ ・ ・ Management server, N ・ ・ ・ Communication network
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