JP7152864B2 - Structural damage detection sensor and damage detection system - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両等の構造物の破損を検知するセンサ及びシステムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to sensors and systems for detecting damage to structures such as railway vehicles.
特許文献1には、構造物の疲労亀裂の発生を検出する方法が開示されている。この方法では、タービン翼にRFIDタグを貼り付け、タービン翼に亀裂が発生したときに、当該亀裂によりRFIDが動作不能になってRFIDタグがRFIDリーダで読み取りできないことで亀裂の発生を判定するようにしている。しかし、使用環境が過酷な状況である場合には、RFIDタグが亀裂以外の要因で動作不能になることも考えられ、実際には亀裂が発生していないときに亀裂が発生したと誤判定する可能性がある。
特許文献2には、構造物の疲労亀裂の発生を検出する線状検出具が開示されている。この装置では、構造物のうち応力が集中しやすい箇所に検出線を接着し、その検出線に検出装置本体が接続される。そして、構造物に疲労亀裂が発生すると検出線が断線し、その断線を検知した検出装置本体がLEDを発光させる他にICタグを内蔵するなどして管理者が亀裂情報を受信できるようになっている。この構成によれば、亀裂以外の要因で検出線が断線する可能性は低いため、誤判定を防止することができる。
しかし、特許文献2の構成では、構造物において検出線が配置された位置から外れた部位で疲労亀裂が発生した場合には、検出線が断線されないことで当該亀裂を検出することができず、疲労亀裂の検知範囲が狭いという問題がある。また、常時、通電させた検知線が断線することで疲労亀裂を検出する構成であるため、外部電源が必要となるという問題もある。
However, in the configuration of
そこで本発明は、構造物に破損が発生したか否かを誤判定なく確実に検知できる構成でありながらも、広い検知範囲を実現できる構成を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a configuration that can reliably detect whether or not a structure has been damaged without an erroneous determination and that can achieve a wide detection range.
本発明の一態様に係る構造物の破損検知センサは、構造物に取り付けられ、前記構造物の破損を検知するセンサであって、前記構造物に接続され、破断予定部が形成されたセンサシートと、前記センサシート上に形成され、前記破断予定部を横断する少なくとも1つの検知回路と、前記検知回路に電気的に接続され、前記検知回路が断線すると自己の検知情報が書き換えられる少なくとも1つのRFIDタグと、前記RFIDタグに電気的に接続された少なくとも1つのアンテナ回路と、を備える。 A structural damage detection sensor according to an aspect of the present invention is a sensor attached to a structure for detecting damage to the structure, the sensor sheet being connected to the structure and having a portion to be broken formed therein. and at least one detection circuit formed on the sensor sheet and crossing the portion to be broken, and at least one detection circuit electrically connected to the detection circuit and capable of rewriting self detection information when the detection circuit is disconnected An RFID tag and at least one antenna circuit electrically connected to the RFID tag.
前記構成によれば、構造物のうち破損(例えば、疲労亀裂、ボルト破断、車体部品外れ、重要機器の蓋外れ等)が発生する可能性のある部位に破損検知センサを取り付ければ、構造物に破損が生じたときにセンサシートが歪んで破断予定部が破断し、検知回路が断線する。そうすると、RFIDタグの情報が書き換えられるため、アンテナ回路を介してRFIDタグの情報を無線で読み取ることで、構造物に破損が発生したか否かを誤判定なく確実に検知することができる。しかも、構造物の破損が検知回路以外の位置で発生しても、当該破損による歪みがセンサシートに伝達されると、センサシートに脆弱な破断予定部があることで、センサシートが破断予定部において破断して検知回路が断線する。即ち、構造物の破損が検知回路とは異なる位置で発生しても、当該破損がセンサシートに伝達されることで、センサシートは破断予定部により検知回路を断線させることができる。よって、破損検知センサにおいて広い検知範囲を実現することができる。 According to the above configuration, if the damage detection sensor is attached to a portion of the structure where damage (for example, fatigue cracks, bolt breakage, detachment of car body parts, detachment of lids of important equipment, etc.) may occur, When the sensor sheet is damaged, the sensor sheet is distorted and the part to be broken is broken, and the detection circuit is disconnected. Then, since the information of the RFID tag is rewritten, by reading the information of the RFID tag wirelessly through the antenna circuit, it is possible to reliably detect whether or not the structure has been damaged without erroneous determination. Moreover, even if damage to the structure occurs at a position other than the detection circuit, if the strain due to the damage is transmitted to the sensor sheet, the sensor sheet has a fragile portion to be broken, so that the portion to be broken will be removed. , and the detection circuit is disconnected. That is, even if the structure is damaged at a position different from the detection circuit, the damage is transmitted to the sensor sheet, so that the sensor sheet can break the detection circuit by the breaking portion. Therefore, a wide detection range can be realized in the damage detection sensor.
本発明の一態様に係る構造物の破損検知システムは、前記した破損検知センサと、前記破損検知センサの前記RFIDタグのID情報及び前記検知情報を前記アンテナ回路を介して無線で受信するRFIDリーダと、前記ID情報と前記構造物における位置との対応関係を保存したデータベースと、前記RFIDリーダで読み取った前記ID情報及び前記検知情報をネットワークを介して受信し、その受信したID情報と前記データベースのID情報とを照合して前記検知情報を前記構造物における位置に関連付けるサーバと、を備える。 A structure damage detection system according to an aspect of the present invention includes the damage detection sensor described above, and an RFID reader that wirelessly receives the ID information of the RFID tag of the damage detection sensor and the detection information via the antenna circuit. a database that stores correspondence relationships between the ID information and positions in the structure; and the ID information read by the RFID reader and the detection information are received via a network, and the received ID information and the database are received. a server for matching the sensed information with the identification information of the structure to associate the sensed information with a location on the structure.
前記構成によれば、サーバにおいて、構造物における破損の発生により検知回路が断線して書き換えられた検知情報が、構造物における位置に関連付けられるので、サーバを参照することで、構造物における破損発生位置を簡単に把握することができ、メンテナンス作業を容易化することができる。 According to the above configuration, in the server, the detection information rewritten due to disconnection of the detection circuit due to the occurrence of damage in the structure is associated with the position in the structure. The position can be easily grasped, and maintenance work can be facilitated.
本発明によれば、構造物に破損が発生したか否かを誤判定なく確実に検知できる構成でありながらも、広い検知範囲を実現できる構成を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a configuration that can reliably detect whether or not a structure has been damaged without erroneous determination and that can realize a wide detection range.
以下、図面を参照して実施形態を説明する。 Embodiments will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、実施形態に係る構造物10の破損検知システム1の模式図である。図1に示すように、破損検知システム1は、構造物10に繰り返し外力(例えば、繰り返し応力や振動)が作用することで発生する構造物10の経時的要因による破損を検知するシステムである。破損検知システム1は、RFID(Radio frequency identifier)を利用して構造物10の破損を検知し、構造物10の保守負担を軽減することに寄与する。構造物10は、一例として鉄道車両(の台車又は車体)であるが、航空機、船舶等の輸送機器、橋梁等の他の構造物であってもよい。複数の破損検知センサ11は、構造物10の応力集中し易い複数の箇所にそれぞれ貼り付けられる。破損検知システム1は、複数の破損検知センサ11、RFIDリーダ2、データ処理装置3、サーバ4、及び、データベース5を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of a
RFIDリーダ2は、破損検知センサ11の後述するRFIDタグ23の識別情報及び検知情報を含む信号を非接触で読み取る。RFIDリーダ2は、構造物10の近傍に設置されたものでもよいし、作業者が所持するポータブル式のものでもよい。データ処理装置3は、RFIDリーダ2が読み取った信号を処理し、ネットワークN(例えば、インターネット)を介してサーバ4に送信する。なお、ネットワークはインターネットに限定されるものでなく、LANやWAN、衛星通信回線、携帯電話網など、その他各種通信ネットワークでもよい。データベース5には、後述するRFIDタグ23のID情報と当該RFIDタグが設置された構造物10上の位置を示す位置情報との間の対応関係が予め保存されている。サーバ4は、データベース5を参照しながらデータ処理装置3から受信した信号を演算処理し、その演算結果を運転指令所等の外部施設に送信する。サーバ4の処理データは、データベース5に蓄積保存される。
The
図2は、図1に示す破損検知センサ11の平面図である。図2に示すように、破損検知センサ11は、構造物10の応力集中し易い箇所に貼り付けられる。破損検知センサ11は、センサシート21、検知回路22(タンパー検知回路)、RFIDタグ23、及びアンテナ回路24を備える。センサシート21は、構造物10に対して接着により貼り付けられることで構造物10に接続される。センサシート21には、他の部位よりも脆弱な線状の破断予定部21aが形成されている。本実施形態では、破断予定部21aはミシン目である。なお、破断予定部21aは、センサシート21において優先的に破断される部位を形成するものであればミシン目に限られず、例えば薄肉部や切込部等でもよい。
FIG. 2 is a plan view of the
検知回路22は、センサシート21上に形成され、破断予定部21aを横断している。即ち、検知回路22は、センサシート21が破断予定部21aにおいて破断したときに断線するように配置された閉回路である。RFIDタグ23は、検知回路22に電気的に接続されている。RFIDタグ23は、電源が不要なパッシブRDIDタグである。RFIDタグ23は、検知回路22が断線すると自己の検知情報が書き換えられるように構成されている。即ち、RFIDタグ23は、自己のID情報と、自己に接続された検知回路22が断線されているか否かを示す検知情報とを記憶している。例えば、RFIDタグ23は、検知回路22が断線している状態では検知情報として「0」を記憶し、検知回路22が断線していない状態では検知情報として「1」を記憶する。アンテナ回路24は、RFIDタグ23に電気的に接続されている。RFIDタグ23は、アンテナ回路24を介して受信した信号に基づいて起電し、アンテナ回路24を介してID情報及び検知情報を外部に無線で送信する。
The
破損検知センサ11は、センサシート21のうちRFIDタグ23及びアンテナ回路24が設けられた表面とは反対側の裏面を構造物10に接着する。その際、破損検知センサ11は、構造物10の想定される疲労亀裂Xに破断予定部21aが沿うように構造物10に貼り付けられる。そして、構造物10に疲労亀裂が発生すると、センサシート21が歪んでセンサシート21が破断予定部21aにて破断し、検知回路22が断線する。そうすると、RFIDタグ23の情報が書き換えられるため、アンテナ回路24を介してRFIDタグ23の情報を無線で読み取ることで、構造物10に疲労亀裂が発生したか否かを誤判定なく確実に検知することができる。
The
しかも、構造物10の疲労亀裂が検知回路22以外の位置で発生しても、当該疲労亀裂による歪みがセンサシート21に伝達されると、センサシート21に脆弱な破断予定部21aがあることで、センサシート21が破断予定部21aにおいて破断して検知回路22が断線する。即ち、構造物10の疲労亀裂が検知回路22とは異なる位置で発生しても、当該疲労亀裂がセンサシート21に歪みとして伝達されて破断予定部21aにより検知回路22を断線させることができる。よって、破損検知センサ11において広い検知範囲を実現することができる。
Moreover, even if the fatigue crack of the
図3は、図1に示すサーバ4でのID情報と検知情報と位置情報との関連付けを説明する図面である。図1及び3に示すように、サーバ4は、データベース5を参照し、RFIDタグ23のID情報と構造物10におけるRFIDタグ23の位置に関する位置情報との対応関係を取得する。サーバ4は、破損検知センサ11からRFIDリーダ23で読み出されたID情報及び検知情報(検知信号)の組合せをデータ処理装置3及びネットワークNを介して取得する。
FIG. 3 is a diagram for explaining association of ID information, detection information, and position information in the
そして、サーバ4は、データベース5から取得した前記対応関係と破損検知センサ11から取得した前記ID情報及び前記検知情報の組合せとから、前記検知情報をRFIDタグ23の位置情報に関連付ける。サーバ4は、この関連付けられた検知情報及び位置情報を運転指令所に送信し、運転指令所から運転士等に当該情報を知らせる。このような構成により、構造物10における破損発生位置を簡単に把握することができ、メンテナンス作業を容易化することができる。
Then, the
(第2実施形態)
図4は、第2実施形態に係る破損検知センサ111の平面図である。なお、第1実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図4に示すように、第2実施形態の破損検知センサ111では、センサシート121に線状の破断予定部121aが複数(例えば、図4では3本)設けられている。検知回路22は、これら複数の破断予定部121aを全て横断している。そのため、複数の破断予定部121aのうち1つの破断予定部121aのみが破断して残りの破断予定部121aが破断しなかったとしても、検知回路22は断線する。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a plan view of the
従って、構造物の疲労亀裂が想定と異なる位置で発生しても、その疲労亀裂がセンサシート21に歪みとして伝達されて少なくとも1つの破断予定部121aにより検知回路22を断線させることができる。よって、破損検知センサ111において広い検知範囲を実現することができる。なお、他の構成は前述した第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
Therefore, even if the fatigue crack of the structure occurs at a different position than expected, the fatigue crack is transmitted as strain to the
(第3実施形態)
図5は、第3実施形態に係る破損検知センサ211の平面図である。なお、第1実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図5に示すように、第3実施形態の破損検知センサ211では、検知回路222がセンサシート21の破断予定部21aを蛇行状に繰り返し横断している。この構成によれば、センサシート21が破断予定部21aの一部のみで破断した場合にも、検知回路222が断線する可能性を高めることができ、検知感度が向上する。なお、他の構成は前述した第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a plan view of the
(第4実施形態)
図6は、第4実施形態に係る破損検知センサ311の平面図である。なお、第1実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図6に示すように、第4実施形態の破損検知センサ311は、1枚のセンサシート321に、複数の検知回路222、複数のRFIDタグ23及び複数のアンテナ回路24が搭載されている。図6の例では、検知回路222、RFIDタグ23及びアンテナ回路24は、それぞれ3つ設けられているが、個数は特に限定されない。各検知回路222は、各RFIDタグ23にそれぞれ独立して電気的に接続されている。各RFIDタグ23は、各アンテナ回路24にそれぞれ独立して電気的に接続されている。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a plan view of the
各検知回路222は、センサシート321上の互いに異なる位置で破断予定部321aを横断している。各検知回路222は、破断予定部321aの一方側から他方側に向けて順番に並んでいる。検知回路222は、第3実施形態と同様に破断予定部321aを蛇行状に横断しているが、第1実施形態のように蛇行状でない形状としてもよい。複数のRFIDタグ23及びアンテナ回路24は、センサシート321上において破断予定部321aを挟んだ一方側と他方側とに分かれて分散配置されている。図6の例では、複数のRFIDタグ23及びアンテナ回路24は、破断予定部321aを挟んだ一方側と他方側とに交互に配置されている。
Each
このような構成によれば、センサシート321が破断予定部321aの一部のみで破断した場合にも、複数の検知回路222のうち何れか1つが断線することで、断線検知の可能性を高めることができ、破損検知センサ311の感度が向上する。また、センサシート321上の互いに異なる位置に形成された複数の検知回路222がそれぞれ複数のRFIDタグ23に電気的に接続されているため、複数の検知回路222のうち断線された回路の位置及び数により、構造物の疲労亀裂の進行度合いを段階的に把握することができる。なお、他の構成は前述した第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
According to such a configuration, even when the
(第5実施形態)
図7は、第5実施形態に係る破損検知センサ411の断面図である。なお、第1実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図7に示すように、第5実施形態の破損検知センサ411では、センサシート421は、破断予定部421aが形成されたセンサ支持部421bと、RFIDタグ23及びアンテナ回路24が搭載されたRFID支持部421cとを有する。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view of a
アンテナ回路24は、センサシート421の接着面421d(構造物10と接着される裏面)とアンテナ回路24との間の距離が接着面421dと検知回路22との間の距離よりも大きくなるように配置されている。具体的には、センサシート421は、RFID支持部421cがセンサ支持部421bよりも厚肉になるように形成されている。なお、RFID支持部421cは、中実で厚肉化する代わりに中空状で外形を厚肉化してもよい。このような構成によれば、構造物10が金属製であるときに、アンテナ回路24が構造物10の表面から離れるため、無線品質の安定化を図ることができる。なお、他の構成は前述した第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
The
(第6実施形態)
図8は、第6実施形態に係る破損検知センサ511の断面図である。なお、第1実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図8に示すように、第6実施形態の破損検知センサ511では、センサシート521は、破断予定部521aが形成されたセンサ支持部521bと、RFIDタグ23及びアンテナ回路24が搭載されたRFID支持部521cとを有する。アンテナ回路24は、センサシート521の接着面521d(構造物10と接着される裏面)とアンテナ回路24との間の距離が接着面521dと検知回路22との間の距離よりも大きくなるように配置されている。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view of a
具体的には、センサシート521は、センサ支持部521bとRFID支持部521cとの間に屈曲部521eを有し、RFID支持部521cがセンサ支持部521bに重なるように折り返されている。RFID支持部521cのうちセンサ支持部521bと対向する面にはRFIDタグ23が搭載され、RFID支持部521cのうちセンサ支持部521bと反対側の面にはアンテナ回路24が搭載されている。RFIDタグ23とアンテナ回路24とはRFID支持部521cの貫通孔を通して導通されている。なお、RFIDタグ23はアンテナ回路24と同じ側に配置されてもよい。また、センサ支持部521bとRFID支持部521cとを屈曲部521eで連続させる代わりに、センサ支持部521bとRFID支持部521cとを互いに分離した構成としてもよい。
Specifically, the
RFID支持部521cは、センサ支持部521bに接続部材525(例えば、面ファスナー又は接着材等)により固定されてセンサ支持部521bに重なった状態が維持される。このような構成によれば、構造物10が金属製であるときに、アンテナ回路24が構造物10の表面から離れるため、無線品質の安定化を図ることができる。なお、他の構成は前述した第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
The
(第7実施形態)
図9は、第7実施形態に係る破損検知センサ611の平面図である。なお、第1実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図9に示すように、第7実施形態の破損検知センサ611は、ベースシート626を備える。ベースシート626は、センサシート621が重ねられたセンサ支持部626aと、センサシート621とは異なる位置に配置されてRFIDタグ23及びアンテナ回路24が搭載されたRFID支持部626bとを有する。センサシート621には、破断予定部621aとして切込み部が形成されているが、破断予定部621aとしてミシン目等を形成してもよい。
(Seventh embodiment)
FIG. 9 is a plan view of a
RFIDタグ23に電気的に接続された検知回路622は、破断予定部621aを横断している。センサシート621は、破断予定部621a(例えば、切込み部)を挟んだ両側においてベースシート626に部分的に固定されている。一例として、センサシート621は、破断予定部621aを挟んだ両側においてベースシート626にマイクロ抵抗溶接Wにより部分的に固定されている。ベースシート626の少なくともセンサ支持部626aは、センサシート621とは反対側の裏面において構造物に貼り付けられる接着面を有する。
A
このような構成によれば、構造物に疲労亀裂が生じてベースシート626のセンサ支持部626aに歪みが生じると、その歪みがセンサシート621に伝達されて破断予定部621aにて安定して破断を生じさせることができる。そして、構造物に破損検知センサ611を取り付ける際には、センサシート621を構造物に接触させずに済むので、ベースシート621の少なくともセンサ支持部626aを構造物に単に貼り付ければよく、取付作業を簡単に行うことができる。また、RFIDタグ23及びアンテナ回路24は、破断するセンサシート621ではなくベースシート626に搭載されるので、RFIDタグ23及びアンテナ回路24が安定的に保持され、安定した無線通信を行うことができる。なお、このベースシート626を用いる態様は、前述した別の各実施形態の構成に適用されてもよい。
According to such a configuration, when a fatigue crack occurs in the structure and the
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、1つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよく、実施形態中の一部の構成は、その実施形態中の他の構成から分離して任意に抽出可能である。前述した各破損検知センサは、疲労亀裂を検知するために用いられる以外にも、ボルト破断、車体部品外れ、重要機器の蓋外れ、膨らみ等の破損現象を検知するために用いられてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and its configuration can be changed, added, or deleted. For example, some features or methods in one embodiment may be applied to other embodiments, and some features in an embodiment are optionally separate from other features in that embodiment. Extractable. In addition to being used to detect fatigue cracks, each of the above-described damage detection sensors may be used to detect damage phenomena such as bolt breakage, detachment of vehicle body parts, detachment of lids of important equipment, and swelling.
1 破損検知システム
2 RFIDリーダ
3 データ処理装置
4 サーバ
5 データベース
10 構造物
11,111,211,311,411,511,611 破損検知センサ
21,121,321,421,521,621 センサシート
21a,121a,321a,521a,621a 破断予定部
22,222 検知回路
23 RFIDタグ
24 アンテナ回路
1
Claims (3)
前記構造物に接続され、1つの破断予定部が形成されたセンサシートと、
前記センサシート上に形成され、前記破断予定部を横断する少なくとも1つの検知回路と、
前記検知回路に電気的に接続され、前記検知回路が断線すると自己の検知情報が書き換えられる少なくとも1つのRFIDタグと、
前記RFIDタグに電気的に接続された少なくとも1つのアンテナ回路と、を備え、
前記少なくとも1つの検知回路、前記少なくとも1つのRFIDタグ、及び前記少なくとも1つのアンテナ回路は、複数の検知回路、複数のRFIDタグ、及び複数のアンテナ回路をそれぞれ含み、
前記複数の検知回路は、前記複数のRFIDタグにそれぞれ電気的に接続され、互いに異なる位置で前記1つの破断予定部を横断しており、
前記検知回路は、前記破断予定部を蛇行状に横断している、構造物の破損検知センサ。 A sensor attached to a structure for detecting damage to the structure,
a sensor sheet connected to the structure and formed with one portion to be broken;
at least one detection circuit formed on the sensor sheet and crossing the portion to be broken;
at least one RFID tag that is electrically connected to the detection circuit and whose detection information is rewritten when the detection circuit is disconnected;
at least one antenna circuit electrically connected to the RFID tag;
wherein the at least one sensing circuit, the at least one RFID tag, and the at least one antenna circuit comprise a plurality of sensing circuits, a plurality of RFID tags, and a plurality of antenna circuits, respectively;
The plurality of detection circuits are electrically connected to the plurality of RFID tags, respectively, and cross the one planned breaking portion at different positions ,
The damage detection sensor for a structure , wherein the detection circuit meanders across the planned breaking portion .
前記破損検知センサの前記RFIDタグのID情報及び前記検知情報を前記アンテナ回路を介して無線で受信するRFIDリーダと、
前記ID情報と前記構造物における位置との対応関係を保存したデータベースと、
前記RFIDリーダで読み取った前記ID情報及び前記検知情報をネットワークを介して受信し、その受信したID情報と前記データベースのID情報とを照合して前記検知情報を前記構造物における位置に関連付けるサーバと、を備える、構造物の破損検知システム。 A breakage detection sensor according to claim 1 or 2 ;
an RFID reader that wirelessly receives the ID information of the RFID tag of the damage detection sensor and the detection information via the antenna circuit;
a database storing a correspondence relationship between the ID information and a position in the structure;
a server that receives the ID information read by the RFID reader and the detection information via a network, compares the received ID information with the ID information in the database, and associates the detection information with a position in the structure; A structural failure detection system comprising:
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