特許 6660445 断線検出センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6660445

(24)【登録日】2020年2月12日

(45)【発行日】2020年3月11日

(54)【発明の名称】断線検出センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/20 20060101AFI20200227BHJP

   G08C 17/00 20060101ALI20200227BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20200227BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/20 Z

   G08C17/00 Z

   G01N27/00 L

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-193016(P2018-193016)

(22)【出願日】2018年10月12日

(62)【分割の表示】特願2017-246084(P2017-246084)の分割

【原出願日】2014年8月12日

(65)【公開番号】特開2019-23655(P2019-23655A)

(43)【公開日】2019年2月14日

【審査請求日】2018年10月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087398

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 勝文

(74)【代理人】

【識別番号】100128473

【弁理士】

【氏名又は名称】須澤 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100128783

【弁理士】

【氏名又は名称】井出 真

(72)【発明者】

【氏名】松下 尚弘

【審査官】 村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２６３６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１５９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０６３７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３２０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３６５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２２８０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１７５７０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 ＩＣタグ情報伝送技術，日本，独立行政法人 工業所有権情報・研修館，２００６年 ３月３１日，第4頁，ＵＲＬ，https://www.inpit.go.jp/blob/katsuyo/pdf/chart/fdenki33.pdf

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４−２７／２４

Ｇ０６Ｋ １９／００−１９／１８

Ｇ０８Ｃ １７／００−１７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

観測対象物に取り付けられる基体と、
前記基体に保持され、第１方向に間隔をあけて並び、前記観測対象物の変形による前記基体の変形により電気的に断線する複数の被破断部と、
前記基体に保持され、前記被破断部に接続し、受信する質問電波に由来する起電力を動力源として、自らに接続される前記被破断部の断線の有無と自らの個体識別情報を無線送信する複数のＲＦＩＤと、を備え、
前記各ＲＦＩＤは、
前記個体識別情報を格納する記憶部と、
アンテナと、
前記アンテナにて受信する外部通信機器からの前記質問電波を用いて電力を発生させる電力発生部と、
前記質問電波を復調する復調器と、
情報を送信するための変調器と、
復調された前記質問電波を受けて、前記電力により、前記記憶部に対し自らに接続される前記被破断部の断線の有無について更新するとともに、前記記憶部が格納する自らに接続される前記被破断部の断線の有無および前記個体識別情報を前記変調器を介して送信する情報書換部と、を備え、
前記記憶部は、前記第１方向における一方側から他方側への前記各被破断部の配列順位を前記各被破断部に接続される前記ＲＦＩＤの前記個体識別情報に対応付けて格納し、
前記ＲＦＩＤは、自らに接続されている前記被破断部の断線の有無および配列順位と前記個体識別情報とを無線送信する断線検出センサ。

【請求項2】

請求項１に記載の断線検出センサにおいて、
前記基体は絶縁材で構成されている断線検出センサ。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の断線検出センサにおいて、
前記基体は、
一部分が開いた環状の切欠に囲まれ、前記複数の被破断部が配置される被破断部領域と、
前記切欠の外側の領域であり、前記各ＲＦＩＤが配置される回路領域と、
前記切欠の前記開いた部分の領域を含み、前記被破断部領域と前記回路領域とを連結するとともに、前記各ＲＦＩＤと前記複数の被破断部を接続する配線接続部が通る連結領域と、を有し、
前記連結領域は、前記第１方向と直交する第２方向における幅が前記被破断部よりも狭い断線検出センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、資材、構造物、機械等に発生するひび割れを観測する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

建物や橋梁等に発生するひび割れの進展を観測する技術が知られる。

【0003】

従来、トンネルや橋梁などの構造物の老朽化等により生ずるひび割れの進行度検知には、「クラックゲージ」と呼ばれる抵抗値変化型センサが一般的に使用されている。上記従来のクラックゲージは、コンクリート表面に発生しているひび割れの進行が想定される方向の下流側に、電気的に並列接続された複数の線状抵抗素子を配置する。ひび割れの進行に応じてひび割れ進行方向と直交する方向に生ずる引張力によって各線状抵抗素子が順に断線して行くに連れてその並列合成抵抗値が増加し、これを電圧変化に変換することによりひび割れの進行度を判定する（例えば、特許文献１を参照）。

【0004】

一方、電池や外部電源を使用せずにセンサの検知結果を無線伝送する手段が知られる（例えば、特許文献２を参照）。これは、「ひずみゲージ」と呼ばれる抵抗値変化型センサで捉えたひずみ検知量を、１３．５６ＭＨｚ帯のＲＦＩＤを用いてＲＦＩＤリーダに無線伝送するものである。ＲＦＩＤリーダとセンサ側ＲＦＩＤとの通信用以外に、電力伝送専用の受電コイルをセンサ側に設け、このコイルとの磁気結合によりＲＦＩＤリーダからセンサ側へ非接触で電源電力を供給して、センサ側のＡＤ変換回路や無線送受信回路をより安定に動作させる構成も知られる。

【0005】

また、ひずみゲージとクラックゲージは、共に外圧に反応する抵抗変化型センサであり、特許文献２の「ひずみゲージ」を「クラックゲージ」に置き換えれば、ひび割れセンサとして機能させることができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１に記載のクラックゲージを用いたセンサの場合、ひび割れの進行に伴う抵抗値の変化を、ホイートストンブリッジ回路などによって電圧の変化として検知する。したがって、これをデータとして無線伝送するには、アナログ量である電圧値をデジタルデータに変換するＡ/Ｄ変換器をセンサ側に備える必要があり、一般にＡ/Ｄ変換器は大きな消費電力を要するので、電池または有線による外部電源供給が必要であった。

【0007】

一方、特許文献２で開示されているセンサは、磁気結合によってセンサへの非接触給電を行うので、センサへの電池の搭載或いは有線による外部電源供給は不要となるが、Ａ/Ｄ変換器や無線通信のハードウェアを動作させるために必要な十分な電力を得るには、ＲＦＩＤリーダをセンサ近傍（１〜２センチメートル以内）まで十分に接近させ、コイル間での磁気結合を十分に強くする必要がある。

【0008】

そのため、作業者によるアクセスの困難な高所や奥まった場所等にセンサが設置されている場合、ＲＦＩＤリーダを持った作業者がセンサ近傍に接近できるようにするためには、高所作業車を用いたり足場を組んだり必要があり、費用と時間がかかる。また、場合によっては現場付近を通行止めにする等の処置を必要としていた。また、例えば、大型河川にかかる橋梁の床板下面などのように、実運用上、上記従来の手法では対応が困難な場合もあるという問題があった。

【0009】

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、資材、構造物、機械等に発生するひび割れを観測する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、引張力が閾値を越えると電気的に断線する線状の断線検知素子を、ひび割れ計測分解能の間隔で複数配列し、その各々に異なる個体識別情報をもつＲＦＩＤを一対一で接続し、各ＲＦＩＤが受信した電波に由来する起電力を電力源として、自らと接続されている断線検知素子の断線の有無を示す情報を自らの個体識別情報と関連付けて無線送信するパッシヴ型ひび割れセンサに関する。
上記課題を解決するため、本発明の断線検出センサの一態様は、基体と、複数の被破断部と、複数のＲＦＩＤと、を備える。基体は、観測対象物に取り付けられる。複数の被破断部は、基体に保持され、第１方向に間隔を空けて並び、観測対象物の変形による基体の変形により電気的に断線する。複数のＲＦＩＤは、基体に保持され、被破断部に接続し、受信電波に由来する起電力を電力源として、自らが接続する被破断部の断線の有無および自らの識別情報を無線送信する。
上記課題を解決するため、本発明のひび割れ進展状況の送信方法の一態様は、観測対象物に取り付けられる基体に保持されて第１方向に間隔を空けて並び、観測対象物の変形による基体の変形により電気的に断線する被破断部に接続し、基体に保持されてメモリを有する複数のＲＦＩＤによるひび割れ進展状況の送信方法である。該方法では、各ＲＦＩＤは、リーダから電波を受信し、被破断部が破断している場合において、メモリに被破断部が破断していると記憶されていない場合、メモリに、被破断部が破断していること、および被破断部の破断時期としての電波中の時期情報を保存し、リーダに被破断部の破断の有無、および破断時期を送信する。
上記課題を解決するため、本発明の断線検出センサの一態様は、基体と、複数の被破断部と、複数のＲＦＩＤと、を備える。複数の被破断部は、前記基体上にて互いに離れた位置にあり、引張力がかかることにより電気的に断線する。複数のＲＦＩＤは、前記基体上にあり、自らに接続される前記被破断部の断線の有無と自らの個体識別情報を無線送信する。
上記課題を解決するため、本発明の断線検出センサの一態様は、ベースシートと、複数の配線と、複数のＲＦＩＤとを備える。複数の配線は、このベースシート上に配置し、引張力が閾値を超えると電気的に断線する線状の被破断部領域を有する複数の配線であって、各配線の前記被破断部領域が間隔をあけて並ぶ。複数のＲＦＩＤは、前記ベースシート上に配置し、前記配線に接続し、受信した電波に由来する起電力を電力源として、自らと接続されている前記配線の断線の有無と自らの個体識別情報を無線送信する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態によるひび割れ観測システムのシステム構成の一例を示す図である。

【図2】本実施の形態によるひび割れ観測センサ１の構成を説明するための図である。

【図3】本実施の形態によるひび割れ観測センサ１の構成を説明するための図である。

【図4】本実施の形態によるひび割れ観測センサ１の構成を説明するための図である。

【図5】本実施の形態によるひび割れ観測センサ１に備わる各パッシヴ型ＲＦＩＤの基本構成を示す図である。

【図6】ＲＦＩＤタグＩＣチップ内のメモリ領域について説明するための図である。

【図7】ベースシート１０１上での所定方向における各電気配線の「被破断部」の配列順序と配列コードの関係を示す図である。

【図8】本実施の形態によるひび割れ観測センサ１を観測対象物としての梁に固定した様子を示す図である。

【図9】ＲＦＩＤリーダ７が備える制御ブロック図である。

【図10】ひび割れ観測システムにおける処理の流れ（ひび割れ観測方法）について説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態によるひび割れ観測センサおよびこれを備えるひび割れ観測システムについて説明する。

【0013】

＜システム構成＞
図１は、本発明の実施の形態によるひび割れ観測システムのシステム構成の一例を示す図である。

【0014】

図１に示すように、本発明の実施の形態によるひび割れ観測システムは、ひび割れ観測センサ１と、ＲＦＩＤリーダ７と、を備えている。作業者９００が保持するＲＦＩＤリーダ７は、電波により、観測対象物に貼り付け等により固定されたひび割れ観測センサ１と無線でデータの読み取りや書き込み等のやりとりを行う。

【0015】

まず、ひび割れ観測センサ１について説明する。ひび割れ観測センサ１は、構造物のコンクリート面などの、既にひび割れの発生が始まっている部位やひび割れが発生することが想定される部位等に設置されるものである。ひび割れ観測センサ１は、例えば、接着剤等によって観測対象の表面に固定される。

【0016】

図２〜図４は、本実施の形態によるひび割れ観測センサ１の構成を説明するための図である。
ひび割れ観測センサ１は、例えば、ベースシート１０１と、パッシヴ型ＲＦＩＤ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０および１ａ０と、これらパッシヴ型ＲＦＩＤそれぞれに対応して個別に設けられる複数の被破断部等を備えている。

【0017】

ベースシート１０１には、例えば円形に形成されたポリイミド等の薄い絶縁材を採用することができる。もちろん、ベースシート１０１の形状は円形に限られるものではなく、ベースシート上に配列されるべき各素子が配列可能な形状であれば採用可能である。

【0018】

また、ベースシート１０１の中央付近には、切欠が形成されており、中央付近の略矩形の領域（被破断部領域）と、当該略矩形の領域を包囲する領域（回路領域）とに分割されている。また、中央付近の略矩形の領域（被破断部領域）と当該略矩形の領域を包囲する領域（回路領域）とは連結領域によって連結されている。

【0019】

パッシヴ型ＲＦＩＤ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０および１ａ０は、ＲＦＩＤリーダ７等の外部通信機器からの受信電波を用いて発生させる電力により、後述のメモリ１７ｂ（記憶部）に格納されている「破断情報（後述）」を外部通信機器に送信する。

【0020】

ここで、それぞれのパッシヴ型ＲＦＩＤ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０および１ａ０は、アンテナ１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１、１７１、１８１、１９１および１ａ１と、端子１１３および１１４、１２３および１２４、１３３および１３４、１４３および１４４、１５３および１５４、１６３および１６４、１７３および１７４、１８３および１８４、１９３および１９４および１ａ３および１ａ４等を備えている。

【0021】

各パッシヴ型ＲＦＩＤの端子１１３および１１４、１２３および１２４、１３３および１３４、１４３および１４４、１５３および１５４、１６３および１６４、１７３および１７４、１８３および１８４、１９３および１９４および１ａ３および１ａ４は、それぞれ、電気配線（一部は被破断部を構成）１１５、１２５、１３５、１４５、１５５、１６５、１７５、１８５、１９５および１ａ５と電気的に接続されている。具体的には、図２に示すように、例えばパッシヴ型ＲＦＩＤ１７０の端子１７３および１７４には、電気配線１７５の一端と他端が接続されており、環状の電気回路が構成されている。図２に示す他のすべてのパッシヴ型ＲＦＩＤについても、この環状の電気回路が構成されている。

【0022】

上述のように各パッシヴ型ＲＦＩＤの端子に連結される電気配線１１５、１２５、１３５、１４５、１５５、１６５、１７５、１８５、１９５および１ａ５は、図１および図２に示すようなパターンで、アルミなどの金属箔をフォトエッチング法などによりパターン成形される。

【0023】

上述のようにしてベースシート１０１上にパターン成形される各電気配線１１５、１２５、１３５、１４５、１５５、１６５、１７５、１８５、１９５および１ａ５は、切欠によって周囲と切り分けられたベースシート１０１上の略矩形の領域（被破断部領域）において、観測対象となるひび割れの進展方向として定義される「所定方向」に配列される。ここで、ベースシート１０１上の略矩形の領域（被破断部領域）上にパターン成形されている各配線部分（図１における領域１ｔを参照）が「被破断部」に相当する。

【0024】

ここでの各電気配線１１５、１２５、１３５、１４５、１５５、１６５、１７５、１８５、１９５および１ａ５の「被破断部」に相当する部位は、それぞれが、「所定方向」と略直交する方向に所定長以上引き伸ばされることにより破断するように設定されている。

【0025】

具体的には、例えば図４に示すように、ひび割れの先端部に対応する位置から複数の被破断部が、当該ひび割れの進展が想定される方向（所定方向）に配列される。したがって、本実施の形態によるひび割れセンサ１が観測対象物に正しく設置されれば、ひび割れ４１が進行していくに連れて、ひび割れが、並行配列されている各配線の被破断部を順番に横断してゆく。

【0026】

ベースシート１０１の上には、各電気素子や配線等を配置した上で、表面に樹脂フィルム等による保護膜層が設けられている。

【0027】

ベースシート１０１の厚みと材質は、ベースシート１０１が接着される観測対象物表面でのひび割れによって樹脂製シート６に加わる引張力と素材の伸び率等を基にして、ひび割れの到達に合わせて断線検知素子１が速やかに断線するよう設計する。

【0028】

各被破断部の配列間隔は、ひび割れの進行度の検出分解能に基づいて決定される。例えば、ひび割れの進行度を０．５ミリメートルごとに観測したい場合には、被破断部を構成する各電気配線の配列間隔も同じ０．５ミリメートル幅とする。

【0029】

また、ベースシート１０１の略矩形の領域（被破断部領域）を包囲する領域（回路領域）には、各パッシヴ型ＲＦＩＤ等の電気素子や、これら各電気素子間を電気的に接続する電気配線などが配置される。

【0030】

ベースシート１０１の略矩形の領域（被破断部領域）と、それを包囲する領域（回路領域）とを連結する連結領域（領域接続部）は、「所定方向」と直交する方向における幅Ｗが、ベースシート１０１の略矩形の領域（被破断部領域）の幅Ｋよりも狭い。

【0031】

このような構成とすることにより、「被破断部領域」と「回路領域」とを幅の狭い「連結領域」によって連結することで、「被破断部領域」は、「回路領域」とは独立に所定方向と直交する方向に進展可能となる。すなわち、対象物におけるひび割れの発生もしくは進展に伴う「被破断部領域」の変形の影響は、「回路領域」には及ばない。

【0032】

換言すれば、ひび割れの発生もしくは進展に伴う「被破断部領域」の変形が、「回路領域」によって抑制されてしまうことがなく、ひび割れ状況の観測の信頼性の向上に寄与することができる。

【0033】

また、「被破断部領域」に配置される複数の「被破断部」と、「回路領域」に配置される各パッシヴ型ＲＦＩＤ１７０〜１ａ０の内の少なくともいずれかとを電気的に接続する配線の内の「連結領域」を通る部位は、その少なくとも一部が、「所定方向（図4に示す、ひび割れ進展方向）」と直交する方向とは異なる方向に延びるようにパターン成形されている。

【0034】

このように、連結領域を通る配線の少なくとも一部を、所定方向と直交する方向とは異なる方向に延びるように設けることにより、例えば連結領域がひび割れの進展の影響で所定方向と直交する方向に伸びた場合でも、連結領域を通る配線の少なくとも一部については、その伸びが与える影響を低減することができる。したがって、連結領域がひび割れの進展の影響で所定方向と直交する方向に伸びた場合に、連結領域を通る配線が断線してしまうことがない。

【0035】

なお、本実施の形態によるひび割れ観測センサ１では、パッシヴ型ＲＦＩＤアンテナは、複数の被破断部それぞれに対応して個別に設けられている。

【0036】

このように、複数配列される被破断部それぞれに個別に送受信部としてのアンテナを持たせることで、いずれか一つのアンテナが故障等した場合でも、少なくとも故障していない他のアンテナ群との信号の送受信は継続することができる。これにより、対象物のひび割れの発生および進展等を観測するセンサとしての信頼性の向上に寄与することができる。

【0037】

また、複数のアンテナ１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１、１７１、１８１、１９１および１ａ１の内の第１のアンテナ（例えば、アンテナ１９１）と第１のアンテナに隣接する第２のアンテナ（例えば、アンテナ１２１やアンテナ１８１等）は、ベースシート上において平行にならないように向きを異ならせて（図３に示す角度θを参照）配置されている。

【0038】

隣接するアンテナ同士が平行に配列されると、一方のアンテナが他方のアンテナの送受信に干渉し、通信に影響を及ぼす場合がある。そこで、互いに隣接するアンテナ同士で配置する向きを異ならせることにより、隣接するアンテナが互いの受信性能に影響を及してしまうことを回避している。

【0039】

図５は、本実施の形態によるひび割れ観測センサ１に備わる各パッシヴ型ＲＦＩＤ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０および１ａ０の基本構成を示す図である。

【0040】

例えば、パッシヴ型ＲＦＩＤ１７０は、パッシヴ型ＲＦＩＤアンテナ１７１と、ＲＦＩＤタグＩＣチップ等から構成される。ここでのＲＦＩＤタグＩＣチップは、いわゆる「断線検出端子」を備えた、タンパー（Ｔａｍｐｅｒ）検知と呼ばれる機能を有するものが採用される。

【0041】

タンパー検知機能とは、断線検出端子１７３と１７４の間での断線の有無を検出し、その結果に応じて、図６に示すようにＲＦＩＤタグＩＣチップ内のメモリ１７ｂのユーザエリア３１内の状態フラグ３２というメモリ領域が“０”又は“１”に設定されるものである。また、当該ＲＦＩＤチップの断線検出端子１７３および１７４に接続されている電気配線１７５の「被破断部」のベースシート１０１上での「配列順位」を示す情報を、図６に示すタグＩＤ領域３３の順位コード３４というメモリ領域にあらかじめ格納しておく。パッシヴ型ＲＦＩＤアンテナ１７１は、各電気配線の「被破断部」と同様、厚み１０〜３０ミクロン程度のアルミ箔を、フォトエッチング等により所望のアンテナパターンでベースシート１０１上に成形する。

【0042】

このような構成により、配列される複数の被破断部の破断状況を格納する記憶部から情報を取得することで、対象物におけるひび割れの発生状況や、すでに発生しているひび割れの進展状況を把握することができる。また、パッシヴ型ＲＦＩＤを採用したことにより、ＡＤ変換回路を設ける必要がなく、センサ全体としての無電源化および大幅な小型化に寄与することができる。

【0043】

図７は、ベースシート１０１上での所定方向における各電気配線の「被破断部」の配列順序と配列コードの関係を示しており、８個のパッシヴ型ＲＦＩＤと、これに対応する１６対の被破断部が配列されている場合の一例を示す図である。ここで示す各データは、各パッシヴ型ＲＦＩＤ１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０および１ａ０に備わる各メモリ１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ、１９ｂおよび１ａｂに格納されるデータである。例えば、パッシヴ型ＲＦＩＤ１４０に備わるメモリ１４ｂには、順位コード「３」、破断情報「破断」、破断日時「2014.06.02」が格納されている。ここで、各ＲＦＩDの識別情報と、順位コードとは、予め対応づけて格納されており、破断情報および破断日時については、実際に破断した後に最初にＲＦＩＤリーダ７に読み取られるときにメモリに書き込まれる。破断日時については、たとえば、ＲＦＩＤリーダ７から受信する信号に含まれる日時情報等をＲＦＩＤ側で取得することにより、図７のような紐付けが可能となる。

【0044】

このように、各メモリ（記憶部）は、複数の被破断部それぞれの「破断情報」と、それぞれの被破断部のベースシート上での所定方向における配列順序を示す「配列情報」とを対応付けて格納している。

【0045】

これにより、各メモリ（記憶部）に格納されている「破断情報」および「配列情報」を取得することで、シート上に配列されている各被破断部の内、いずれが破断しているのかを判定可能となる。

【0046】

なお、ここでの記憶部は、複数の被破断部それぞれの破断情報と、それぞれの被破断部の配列情報とを対応付けて格納しているが、これに限られるものではない。例えば、それぞれの被破断部の破断情報には、それぞれユニークな識別情報を紐付けて格納しておき、あらかじめ外部データベース等に登録されている、識別情報と配列情報との紐付情報に基づいて、記憶部に記憶されている各破断情報がどの位置の被破断部に対応するものであるかを判定することもできる。

【0047】

図８は、本実施の形態によるひび割れ観測センサ１を観測対象物としての梁に固定した様子を示す図である。

【0048】

同図に示すように、本実施の形態によるひび割れ観測センサ１は、そのベースシート１０１に切欠を設けることにより、シート中央付近の矩形の「被破断部領域」が、周囲の「回路領域」からほぼ独立している。したがって、この矩形の「被破断部領域」のみを観測対象物のひびの発生箇所やひびの発生が想定される箇所に貼り付けることにより、ひびの発生や進展によって「被破断部領域」が伸びても、周囲の「回路領域」に影響を与えることがない。

【0049】

ここで、ひび割れ観測センサ１の中央付近の矩形の「被破断部領域」の、観測対象物への固定（貼り付け）は、例えば両面テープや接着剤等により実現することができる。このとき、必ずしも「被破断部領域」の全面が観測対象物に貼り付けられる必要はなく、すくなくとも「被破断部領域」における「所定方向」における両端付近が観測対象物に固定されていればよい。これにより、少なくとも、観測対象物にひび割れが発生したり、進展したりした際の観測対象物表面の拡張によって被破断部が伸びる構成とすることが可能となる。

【0050】

もちろん、ここでのひび割れ観測センサ１の観測対象物への固定方法は一例であり、ベースシート１０１における「回路領域」も観測対象物に固定して、ひび割れ観測センサ１全体の観測対象物への固定を強固にしたい場合には、ベースシート１０１の「回路領域」の一部または全部を観測対象物に貼り付けてもよい。

【0051】

次に、ひび割れ観測センサとの通信を行うＲＦＩＤリーダ７について説明する。図９は、ＲＦＩＤリーダ７が備える制御ブロック図である。

【0052】

本実施の形態によるＲＦＩＤリーダ７は、例えば、ＣＰＵ７０１、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）７０２、ＭＥＭＯＲＹ７０３、ＳＴＲＡＧＥ（例えば、Hard Disk Drive等）７０４、ディスプレイ７０５、タッチパネル７０６、アンテナ７０７等を備えている。

【0053】

本実施の形態によるＲＦＩＤリーダ７において、ＣＰＵ７０１は、ＲＦＩＤリーダ７における各種処理を行う役割を有しており、またＭＥＭＯＲＹ７０３、ＳＴＲＡＧＥ７０４等に格納されているプログラムを実行することにより種々の機能を実現する役割も有している。なお、ＣＰＵ７０１は、同等の演算処理を実行可能なＭＰＵ（Micro Processing Unit）により代替することも可能であることは言うまでもない。また、ＳＴＲＡＧＥ７０４についても同様に、例えばフラッシュメモリ等の記憶装置により代替可能である。

【0054】

ＭＥＭＯＲＹ７０３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＶＲＡＭ（Video RAM）、フラッシュメモリ等から構成されることができ、ＲＦＩＤリーダ７において利用される種々の情報やプログラムを格納する役割を有している。

【0055】

＜動作説明＞
図１０は、ひび割れ観測システムにおける処理の流れ（ひび割れ観測方法）について説明するためのフローチャートである。

【0056】

まず、図１に示したように、トンネル内側のコンクリート覆工面などに設置されたひび割れ観測センサ１に対して、数メートル離れた地上の作業者が持つＲＦＩＤリーダ７から９２０ＭＨｚ帯の質問電波５３を送信する（ＡＣＴ１０１）。

【0057】

すると、ひび割れ観測センサ１に備わる各パッシヴ型ＲＦＩＤのアンテナでこの電波が受信される。以下、一例として、パッシヴ型ＲＦＩＤ１７０にて行われる動作について詳細に説明する。同動作は、他のパッシヴ型ＲＦＩＤにおいても同様に実行される。

【0058】

アンテナ１７１にてＲＦＩＤリーダ７からの質問波を受信すると、ＲＦＩＤタグＩＣチップ（図５に示す破線の矩形範囲）内部のレクテナ１７７で整流後、レギュレータ１７ａが安定した直流電圧を出力する。この出力は、ロジック部１７９、復調器１７６、変調器１７８およびメモリ１７ｂ等に動作電源として供給される。ここで、レクテナ１７７およびレギュレータ１７ａが、「電力発生部」に相当する。

【0059】

メモリ１７ｂには、上述のように図７に示すようなデータが、不揮発性のリードライト可能なメモリ領域に格納されており、ロジック部１７９（情報書換部）が、断線検出端子１７３と１７４の間に接続されている電気配線の被破断部の断線の有無を検出し、「断線」していると判定した場合にはメモリ１７ｂの状態フラグ３２（破断情報）を“０（非断線）”から“１（断線）”へと書き換える。

【0060】

一方、アンテナ部２１で受信した質問電波５３は復調器２６で復調され、ロジック部２５にて質問電波の到来を認識すると、ロジック部２５は、変調器２７に対してメモリ１７ｂにおけるＩＤ領域３３及びユーザ領域３１に格納されている一連のデータを送出する。

【0061】

変調器２７は、この２値のデータ列に対応してアンテナ部２１の両端子間のインピーダンスを２値で変化させる、所謂、バックスキャッタ応答波５４の送信をおこなう（ＡＣＴ１０２）。

【0062】

ここで、ＣＰＵ７０１（信号取得部）は、アンテナ７０７にて、ひび割れ観測センサ１のＲＦＩＤから受信される信号に基づき、「破断情報」、「破断時期情報」および「配列情報」等を取得する（ＡＣＴ１０３）。

【0063】

続いて、ＣＰＵ７０１（判定部）は、上述のようにして取得される「破断情報」、「破断時期情報」および「配列情報」等に基づいて、「第１の被破断部」が破断した時期Ｔ１と第１の被破断部に隣接配置されている「第２の被破断部」が破断した時期Ｔ２との時間間隔が所定時間Ｔｈ以下であるか否かを判定する（ＡＣＴ１０４）。

【0064】

ＣＰＵ７０１は、「第１の被破断部」が破断した時期Ｔ１と第１の被破断部に隣接配置されている「第２の被破断部」が破断した時期Ｔ２との時間間隔が所定時間Ｔｈ以下である場合（ＡＣＴ１０４，Ｙｅｓ）、ユーザに対して、ひび割れの進展が時間的に速いことを警告するため、ディスプレイへの警告表示等を行う。

【0065】

このように、隣接する被破断部が所定時間以下の時間間隔で破断している場合を判定するようにすることで、進展の早いひび割れの有無を判定することができる。また、必要に応じて、隣接する被破断部が所定時間以下の時間間隔で破断している場合に、作業者に対して警告通知を行うこともできる。

【0066】

このようにして、バックスキャッタ応答波５４はＲＦＩＤリーダ７で受信され、図７に示す配列順位の０番目から４番目までが断線していることをＲＦＩＤリーダ７のディスプレイ７０５上で確認することにより、当該箇所のひび割れの進行度を都度把握することができる。

【0067】

上述の後処理装置Ｆでの処理における各動作は、例えばＭＥＭＯＲＹ７０３やＳＴＲＡＧＥ７０４に格納されているひび割れ観測プログラムを、ＣＰＵ７０１に実行させることにより実現することができる。

【0068】

更に、ＲＦＩＤリーダ７を構成するコンピュータにおいて上述した各動作（ひび割れ観測方法）を実行させるプログラムを、ひび割れ観測プログラムとして提供することができる。本実施の形態では、発明を実施する機能を実現するための当該プログラムが、装置内部に設けられた記憶領域に予め記録されている場合を例示したが、これに限らず同様のプログラムをネットワークから装置にダウンロードしても良いし、同様のプログラムをコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶させたものを装置にインストールしてもよい。記録媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その形態は何れの形態であっても良い。具体的に、記録媒体としては、例えば、ＲＯＭやＲＡＭ等のコンピュータに内部実装される内部記憶装置、ＣＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスク、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカード等の可搬型記憶媒体、コンピュータプログラムを保持するデータベース、或いは、他のコンピュータ並びにそのデータベースや、回線上の伝送媒体などが挙げられる。またこのように予めインストールやダウンロードにより得る機能は装置内部のＯＳ（オペレーティング・システム）等と共働してその機能を実現させるものであってもよい。

【0069】

なお、プログラムは、その一部または全部が、動的に生成される実行モジュールであってもよい。

【0070】

また、上述の各実施の形態にてプログラムをＣＰＵやＭＰＵに実行させることにより実現される各種処理は、その少なくとも一部を、ＡＳＩＣにて回路的に実行させることも可能であることは言うまでもない。

【0071】

なお、上述した実施の形態では、一部のＲＦＩＤ（１１０、１５０、１９０、１ａ０）を除く他のＲＦＩＤの断線検出端子に接続される電気配線は、電気配線の内側に他の電気素子を配置しない、閉じたループを構成している。これは、隣接するパッシヴ型ＲＦＩＤ間でのアンテナの向きを異ならせて、ＲＦＩＤ間での電波干渉を回避することを目的とするものであり、電波干渉を気にすることなく回路設計できる場合には、これに限られるものではない。

【0072】

例えば、ｎ個の複数のＲＦＩＤをベースシート上に配置する場合に、ｎ番目（ｎは整数）のＲＦＩＤの断線検出端子に接続される電気配線が構成するループ内に、ｎ−１番目のＲＦＩＤの断線検出端子に接続される電気配線が構成するループが収まるように、各ＲＦＩＤのループを多重構造となるように配列してもよい。このように配線パターンを多重構造とすることで、配線をパターンニングする際のスペース効率を高めることができる。

【0073】

また、上述の実施の形態では、各ＲＦＩＤの断線検出端子に接続されている各被破断部の破断状況を示す「破断情報」と、各破断部の配列順序を示す「配列情報」とを、対応づけてＲＦＩＤに備わるメモリに格納しておく構成を例示したがこれに限られるものではない。例えば、ＲＦＩＤリーダ７に、「ＲＦＩＤの識別情報」と「配列情報」の対応関係を示すデータテーブル等を記憶させておき、受信される「ＲＦＩＤの識別情報」に基づいて、どの位置に配置されている被破断部がどのような破断状況になっているのかを判定するようにしてもよい。すなわち、システム全体として、結果として「ＲＦＩＤの識別情報」、「配列情報」および「破断情報」を、ＲＦＩＤリーダ７側で得ることができればよい。

【0074】

また、上述の実施の形態では、複数配置される各ＲＦＩＤに対して個別にアンテナが設けられている構成を例示したが、必ずしもこれに限られるものではなく、ひび割れ観測センサ１全体として単一のアンテナを備える構成としてもよい。すなわち、結果として各ＲＦＩＤに対応する被破断部の破断情報をＲＦＩＤリーダ７に送信することができればよく、アンテナの数は問わない。仮に、ひび割れ観測センサ１全体として単一のアンテナを備える構成とした場合、アンテナ間での電波干渉の問題がなくなり、アンテナのベースシート上での配置の自由度が上がり、センサ全体としての大幅な小型化に寄与することができる。

【0075】

本実施の形態によれば、電池の搭載や有線による電源供給等を必要とせず、且つ、数ｍ離れた地点のリーダ装置からでも、ひび割れ進行状況のデータを収集することができるひび割れ観測センサを提供することができる。

【0076】

更に、本実施の形態によれば、極めて軽量なシート状のひび割れ観測センサを実現することができ、トンネル内壁の天井部表面のような場所に設置しても落下し難く、万一落下しても通行車両等へ及ぼす危険性は低く、設置場所の自由度を高めることができる。

【0077】

以上のように、本実施の形態によれば、例えば、以下のような技術を提供することができる。

【0078】

（１）観測対象物に生じるひび割れを観測するためのひび割れ観測センサであって、
ベースシートと、
前記ベースシート上に所定方向に配列され、それぞれが前記所定方向と略直交する方向に所定長以上引き伸ばされることにより破断する複数の被破断部と、
記憶部と、
アンテナと、
前記アンテナにて受信する外部通信機器からの電波を用いて電力を発生させる電力発生部と、
前記電力発生部により発生させる電力により、前記複数の被破断部ぞれぞれの破断状況を示す破断情報を、前記記憶部に格納させる情報書換部と、
前記電力発生部により発生させる電力により、前記アンテナで受信した質問電波を復調する復調器と、
前記電力発生部により発生させる電力により、前記記憶部に格納されている情報を前記アンテナから送信させる変調器と、
を備えるひび割れ観測センサ。
（２）前記記憶部は、前記複数の被破断部それぞれの破断情報と、それぞれの被破断部の前記ベースシート上での前記所定方向における配列順序を示す配列情報とを対応付けて格納する（１）に記載のひび割れ観測センサ。
（３）前記ベースシートは、
前記複数の被破断部が配置される被破断部領域と、
前記記憶部、前記情報書換部、前記電力発生部、前記アンテナ、前記復調器および前記変調器が配置される回路領域と、
前記被破断部領域と前記回路領域とを連結する連結領域と、を有し、
前記連結領域は、前記所定方向と直交する方向における幅が、前記被破断部領域よりも狭い（１）に記載のひび割れ観測センサ。
（４）前記被破断部領域に配置される前記複数の被破断部と前記回路領域に配置される前記記憶部、前記情報書換部、前記電力発生部、前記アンテナ、前記復調器および前記変調器の内の少なくともいずれかとを電気的に接続する配線の内の前記連結領域を通る部位は、その少なくとも一部が、所定方向と直交する方向とは異なる方向に延びる（３）に記載のひび割れ観測センサ。
（５）前記アンテナは、前記複数の被破断部それぞれに対応して個別に設けられている（１）に記載のひび割れ観測センサ。
（６）前記複数の被破断部それぞれに対応して個別に設けられている複数のアンテナの内の第１のアンテナと前記第１のアンテナに隣接する第２のアンテナは、前記ベースシート上において平行にならないように向きを異ならせて配置される（５）に記載のひび割れ観測センサ。
（７）ベースシート上に所定方向に配列され、それぞれが前記所定方向と略直交する方向に所定長以上引き伸ばされることにより破断するように設定されている複数の被破断部と、前記複数の被破断部ぞれぞれの破断状況を示す破断情報と、いつ破断したかを示す破断時期情報と、それぞれの被破断部の前記ベースシート上での前記所定方向における配列順序を示す配列情報とを対応付けて格納する記憶部と、外部通信機器との通信を行うアンテナと、を備えるひび割れ観測センサとの通信を行うＲＦＩＤリーダであって、
アンテナと、
前記アンテナにて前記ＲＦＩＤから受信される信号に基づき、前記破断情報、前記破断時期情報および前記配列情報を取得する信号取得部と、
前記信号取得部にて取得される前記破断情報、前記破断時期情報および前記配列情報に基づいて、第１の被破断部が破断した時期と前記第１の被破断部に隣接配置されている第２の被破断部が破断した時期との時間間隔が所定時間以下であるか否かを判定する判定部と、
を備えるＲＦＩＤリーダ。
（８）観測対象物に生じるひび割れを観測するためのひび割れ観測方法であって、
所定方向に配列され、それぞれが前記所定方向と略直交する方向に所定長以上引き伸ばされることにより破断するように設定されている複数の被破断部ぞれぞれの破断状況を示す破断情報を記憶し、
外部機器からの受信電波に応じて、記憶されている前記破断情報を前記外部機器に送信するひび割れ観測方法。

【0079】

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

【符号の説明】

【0080】

１０１ ベースシート、１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，１９０，１ａ０ パッシヴ型ＲＦＩＤ、７０１ ＣＰＵ、７０２ ＡＳＩＣ、７０３ ＭＥＭＯＲＹ、７０４ ＳＴＲＡＧＥ、７０５ ディスプレイ、７０６ タッチパネル、７０７ アンテナ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0081】

【特許文献1】実開昭第６３−５４６１号公報

【特許文献2】特許第５０１０４０５号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】