特開 2022-111512 破断位置推定装置、および破断位置推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022111512

(43)【公開日】2022-08-01

(54)【発明の名称】破断位置推定装置、および破断位置推定方法

(51)【国際特許分類】

   G01H 17/00 20060101AFI20220725BHJP

   E04G 21/12 20060101ALI20220725BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20220725BHJP

   E01D 22/00 20060101ALN20220725BHJP

【ＦＩ】

G01H17/00 Z

E04G21/12 104Z

G01M99/00 Z

E01D22/00 A ESW

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021006973

(22)【出願日】2021-01-20

(71)【出願人】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】505398963

【氏名又は名称】西日本高速道路株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】593093858

【氏名又は名称】西日本高速道路エンジニアリング関西株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】樋上 智彦

(72)【発明者】

【氏名】黒田 卓也

(72)【発明者】

【氏名】西田 秀志

(72)【発明者】

【氏名】河田 直樹

(72)【発明者】

【氏名】須山 夏樹

【テーマコード（参考）】

2D059

2G024

2G064

【Ｆターム（参考）】

2D059AA05

2D059BB39

2D059GG39

2G024AD34

2G024CA13

2G024FA04

2G024FA06

2G024FA11

2G064AA05

2G064AB01

2G064AB02

2G064BA02

2G064BD02

2G064CC41

2G064DD02

(57)【要約】

【課題】消費電力を抑え、プレストレストコンクリート構造物に埋設されている緊張材の破断位置をある程度の精度で検出できる。
【解決手段】複数のセンサが、プレストレストコンクリート構造物に埋設されている緊張材の長さ方向に適当な間隔で取り付けられている。判定部が、各センサによって計測された振動にかかる物理量が閾値を超えたかどうかを判定する。ピーク検出部が、各センサによって計測された振動にかかる物理量の最大値を検出する。推定部が、判定部の判定結果、およびピーク検出部が検出した物理量の最大値によって、緊張材が破断した位置を推定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

緊張材が埋設されたプレストレストコンクリート構造物に、前記緊張材の長さ方向に適当な間隔で取り付けられ、振動にかかる物理量を計測する複数のセンサと、
前記センサ毎に、そのセンサによって計測された前記物理量が閾値を超えたかどうかを判定する判定部と、
前記センサ毎に、そのセンサによって計測された前記物理量の最大値を検出するピーク検出部と、
前記判定部によって、計測された前記物理量が前記閾値を超えたと判定された前記センサの個数に基づき前記緊張材が破断したかどうかを判断し、前記緊張材が破断したと判断したときに、前記センサによって計測された前記物理量の最大値を用いて、前記緊張材が破断した位置を推定する推定部と、を備えた破断位置推定装置。

【請求項2】

前記推定部は、前記緊張材が破断したと判断したときに、前記緊張材が破断した位置を、計測された前記物理量の最大値が大きい上位２つの前記センサの取り付け位置の間であると推定する、請求項１に記載の破断位置推定装置。

【請求項3】

前記推定部は、前記緊張材が破断したと判断したときに、前記緊張材が破断した位置を、計測された前記物理量の最大値が大きい上位３つの前記センサを選択し、ここで選択した３つの前記センサの取り付け位置、および、これら３つの前記センサで計測された前記物理量の最大値によって推定する、請求項１に記載の破断位置推定装置。

【請求項4】

前記センサは、圧電フィルムを用いたピエゾ式ひずみセンサであり、振動にかかる物理量として、前記プレストレストコンクリート構造物のひずみを計測する、請求項１～３のいずれかに記載の破断位置推定装置。

【請求項5】

複数の前記センサは、前記緊張材の長さ方向に一定の間隔で、前記プレストレストコンクリート構造物に取り付けられ、
前記推定部は、計測された前記物理量が前記閾値を超えたと判定された２つ以上の前記センサが前記緊張材の長さ方向に連続しているとき、前記緊張材が破断したと判断する、請求項４に記載の破断位置推定装置。

【請求項6】

前記判定部、および前記ピーク検出部を備え、接続されている前記センサによって計測された前記物理量が入力される複数のセンサノードと、
前記推定部を備えたシンクノードと、を有し、
前記センサノードは、前記ピーク検出部が検出した、接続されている前記センサによって計測された前記物理量の最大値を前記シンクノードに無線で送信し、
前記シンクノードは、前記センサノードから無線で送信されてきた、前記センサによって計測された前記物理量の最大値を用いて、前記緊張材が破断した位置を推定する、請求項１～５のいずれかに記載の破断位置推定装置。

【請求項7】

前記センサノードは、前記判定部において、前記センサによって計測された前記物理量が閾値を超えていると判定した場合に、前記センサによって計測された前記物理量の最大値を前記シンクノードに無線で送信する、請求項６に記載の破断位置推定装置。

【請求項8】

緊張材が埋設されたプレストレストコンクリート構造物に、前記緊張材の長さ方向に適当な間隔で取り付けられ、振動にかかる物理量を計測する複数のセンサ毎に、そのセンサによって計測された前記物理量が閾値を超えたかどうかを判定部で判定し、
前記センサ毎に、そのセンサによって計測された前記物理量の最大値をピーク検出部で検出し、
前記判定部によって、計測された前記物理量が前記閾値を超えたと判定された前記センサの個数に基づき前記緊張材が破断したかどうかを判断し、前記緊張材が破断したと判断したときに、前記センサによって計測された前記物理量の最大値を用いて、前記緊張材が破断した位置を推定部で推定する、破断位置推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、プレストレストコンクリート構造物に埋設されている緊張材の破断の監視、および破断位置の推定にかかる技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、プレストレストコンクリート構造物に埋設されている緊張材の破断を監視するシステムがあった（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１に記載されたシステムは、複数の測定ユニットを用いて、プレストレストコンクリート構造物である橋梁の橋桁に埋設されている緊張材の破断、および破断位置の検出を行う。測定ユニットは、ＡＥ（Acoustic Emission）センサ、およびＡＥセンサの出力を処理する処理部を有している。

【0004】

橋梁の橋桁には、複数のＡＥセンサが適当な間隔で取り付けられている。ＡＥセンサは、橋桁内を伝搬する弾性波を検出する。特許文献１に記載されたシステムは、ＡＥセンサにおいて基準値を超える弾性波が検出されると、緊張材が破断したと判断する。また、このシステムは、複数のＡＥセンサの取り付け位置と、これら複数のＡＥセンサ間における弾性波の検出時間の差（検出時間差）とを用いて、緊張材の破断位置の検出を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４２２７３５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、緊張材の破断により生じる弾性波の伝搬速度は、およそ４０００ｍ／ｓｅｃである。このため、特許文献１に記載されたシステムでは、緊張材の破断位置を検出するのに用いる検出時間差を得るため、ＡＥセンサの出力をサンプリングするサンプリング周波数を数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚ程度にする必要があった。言い換えれば、特許文献１に記載されたシステムでは、ＡＥセンサの出力をサンプリングするサンプリング周波数を数百Ｈｚ程度の比較的低い周波数にすると、緊張材の破断位置を検出するのに用いる検出時間差が得られないので、緊張材の破断位置を検出することができない。

【0007】

また、ＡＥセンサの出力を処理する処理部のコンピュータ（ＭＣＵ（MicroController Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit））は、ＡＥセンサの出力をサンプリングするサンプリング周波数に応じた処理速度のものを選択しなければならない。すなわち、サンプリング周波数が高くなるにつれて、処理速度が高速のコンピュータが必要になる。

【0008】

一方で、特許文献１に記載されたシステム等で用いられる測定ユニット（ＡＥセンサ、コンピュータ等を有するユニット）は、橋桁に取り付けられることから、多くの場合、電池を駆動電源とした構成であった。また、測定ユニットが橋桁に取り付けられることから、この測定ユニットに対する電池交換作業が高所作業になるので、電池交換の頻度を抑えたいという要望がある。測定ユニットの消費電力は、センサの出力をサンプリングするサンプリング周波数を低くすることで抑えられる。すなわち、測定ユニットに対する電池交換の頻度は、センサの出力をサンプリングするサンプリング周波数を低くすることで抑えられる。しかし、上記したようにＡＥセンサの出力をサンプリングするサンプリング周波数を低くすると、緊張材の破断位置を検出することができない。

【0009】

この発明の目的は、消費電力を抑え、プレストレストコンクリート構造物に埋設されている緊張材の破断位置の検出が行える技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この発明の破断位置推定装置は、上記目的を達成するため以下に示すように構成している。

【0011】

複数のセンサが、緊張材が埋設されたプレストレストコンクリート構造物に、緊張材の長さ方向に適当な間隔で取り付けられている。プレストレストコンクリート構造物は、例えば、橋梁の橋桁である。センサは、プレストレストコンクリート構造物の振動にかかる物理量を計測する。例えば、このセンサとして、圧電フィルムを用いたピエゾ式ひずみセンサを用いる場合、振動にかかる物理量としてプレストレストコンクリート構造物のひずみを計測する。また、センサは、ひずみセンサに限らず、加速度センサ、ＡＥセンサ等の他の種類のセンサを用いてもよい。センサが計測する振動にかかる物理量は、そのセンサの種類に応じて定まる。

【0012】

判定部は、センサ毎に、そのセンサによって計測された物理量が閾値を超えたかどうかを判定する。また、ピーク検出部は、センサ毎に、そのセンサによって計測された物理量の最大値を検出する。推定部は、判定部によって、計測された物理量が閾値を超えたと判定されたセンサの個数に基づき緊張材が破断したかどうかを判断する。例えば、推定部は、計測された物理量が閾値を超えたと判定されたセンサの個数が設定数以上であれば、緊張材が破断したと判断する。

【0013】

また、推定部は、緊張材が破断したと判断したときに、センサによって計測された物理量の最大値を用いて、緊張材が破断した位置を推定する。

【0014】

取り付け位置が緊張材の破断位置に近いセンサほど、計測される物理量が大きい。このことを利用し、例えば、推定部は、緊張材が破断したと判断したときに、計測された物理量の最大値が大きい上位２つのセンサの取り付け位置の間であると推定する。また、推定部は、例えば、緊張材が破断したと判断したときに、緊張材が破断した位置を、計測された物理量の最大値が大きい上位３つのセンサを選択し、ここで選択した３つのセンサの取り付け位置、および、これら３つのセンサで計測された物理量の最大値によって、緊張材が破断した位置を推定する構成であってもよい。

【0015】

このように、破断位置推定装置は、センサによって計測された物理量の最大値を用いて緊張材の破断位置を推定する。したがって、センサの出力をサンプリングするサンプリング周波数が数十Ｈｚ～数百Ｈｚ程度の低周波数であっても、緊張材の破断位置の検出が行える。また、消費電力についても抑えられる。

【0016】

また、センサの出力を処理するコンピュータについても、処理速度が比較的低速であるものを使用できるようになるので、装置本体のコストダウンも図れる。

【0017】

判定部、およびピーク検出部を備え、接続されているセンサによって計測された物理量が入力される複数のセンサノードと、推定部を備えたシンクノードと、を有し、
センサノードは、ピーク検出部が検出した、接続されているセンサによって計測された物理量の最大値をシンクノードに無線で送信し、
シンクノードは、センサノードから無線で送信されてきた、センサによって計測された物理量の最大値を用いて、緊張材が破断した位置を推定する、構成にしてもよい。

【0018】

この場合、センサノードは、判定部において、センサによって計測された物理量が閾値を超えていると判定した場合に、センサによって計測された物理量の最大値をシンクノードに無線で送信する構成にするのがよい。

【発明の効果】

【0019】

この発明によれば、消費電力を抑え、プレストレストコンクリート構造物に埋設されている緊張材の破断位置の検出が行える。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】この例にかかる破断位置推定装置の構成を示す概略図である。

【図2】この例にかかる破断位置推定装置を適用した橋梁を示す概略図である。

【図3】プレストレストコンクリート構造物である橋桁を説明する図である。

【図4】緊張材の破断位置からの距離と、橋桁のひずみの大きさとの関係を示す概略図である。

【図5】センサノードの主要部の構成を示すブロック図である。

【図6】シンクノードの主要部の構成を示すブロック図である。

【図7】センサノードの動作を示すフローチャートである。

【図8】シンクノードの動作を示すフローチャートである。

【図9】別の例にかかるシンクノードの動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、この発明の実施形態について説明する。

【0022】

＜１．適用例＞
図１は、この例にかかる破断位置推定装置の構成を示す概略図である。図２は、この例にかかる破断位置推定装置を適用した橋梁を示す概略図である。図３は、プレストレストコンクリート構造物である橋桁を説明する図である。

【0023】

この例にかかる破断位置推定装置１は、複数のピエゾ式ひずみセンサ２（以下、単に、ひずみセンサ２と言う。）と、複数のセンサノード３と、シンクノード４とを備えている。この例にかかる破断位置推定装置１は、車両１００が走行する橋梁の橋桁６に埋設されている緊張材８の破断の監視、および緊張材８の破断位置の推定を行う。この例では、橋桁６が、この発明で言うプレストレストコンクリート構造物である。

【0024】

橋梁は、橋桁６を橋脚７の上に載置した公知の構成である。橋桁６と、橋脚７との間には、支承を配置している。橋桁６には、車両１００が走行する路面が形成されている。橋桁６に埋設されている緊張材８の長さ方向は、橋軸方向（橋梁における車両１００の走行方向）である。

【0025】

橋桁６には、図３に示すように、複数のひずみセンサ２（２ａ～２ｆ）が取り付けられている。この例では、ひずみセンサ２は、略一定間隔で橋軸方向に並べて取り付けられている。隣接するひずみセンサ２間の距離は、数ｍ～十数ｍである。

【0026】

ひずみセンサ２は、フィルム状に形成した圧電フィルム（ピエゾフィルム）の両面に電極を形成したセンサ素子を用いた構成である。ひずみセンサ２は、取付位置における橋桁６のひずみに応じて、圧電フィルムがひずみ、この圧電フィルムのひずみの大きさに応じた電荷を発生する。ひずみセンサ２は、圧電フィルムの両面に形成した電極間に生じた電圧（圧電フィルムにおいて発生した電荷に応じた電圧）を増幅回路で増幅して出力する。すなわち、ひずみセンサ２は、取付位置における橋桁６のひずみを計測し、その計測値に応じた電圧を出力する。

【0027】

この例では、ひずみセンサ２がこの発明で言うセンサに相当する。また、ひずみセンサ２は、取付位置における橋桁６のひずみを、橋桁６の振動にかかる物理量として計測する。以下、ひずみセンサ２を、単に、ひずみセンサ２と言う。

【0028】

この例のセンサノード３は、２つのひずみセンサ２を接続できる。センサノード３は、接続されているひずみセンサ２から入力された電圧（すなわち、対応するひずみセンサ２の取付位置における橋桁６のひずみの大きさ）が、閾値を超えたかどうかを判定する。また、センサノード３は、閾値を超えたと判定したひずみセンサ２の出力電圧のピーク（最大値）を検出し、シンクノード４に無線で送信する。

【0029】

図４は、緊張材の破断位置からの距離と、橋桁のひずみの大きさとの関係を示す概略図である。橋桁６は、緊張材８が破断したとき、緊張材８の破断位置に近いところほど、破断にともなう弾性波の影響が大きいので、ひずみが大きくなる。橋桁６は、緊張材８が破断したとき、破断位置を中心にしたある程度の範囲内で、この破断にともなう弾性波による振動でひずむ。言い換えれば、橋桁６は、緊張材８の破断位置から、ある程度の離れていると、この破断にともなう弾性波による振動の影響をほとんど受けない。

【0030】

シンクノード４は、通信距離が数十ｍである近距離無線通信（例えば、ブルートゥース（登録商標））により、通信エリア内に位置するセンサノード３と無線で通信する。シンクノード４は、センサノード３が閾値を超えたと判定したひずみセンサ２の個数に基づき、緊張材８が破断したかどうかを判断する。例えば、シンクノード４は、緊張材８の長さ方向に連続する２つ以上のひずみセンサ２の出力が閾値を超えたと判定された場合に、緊張材８が破断したと判断する。

【0031】

また、シンクノード４は、緊張材８の破断位置を、最大値が大きい上位２つのひずみセンサ２の取付位置の間であると推定する。

【0032】

したがって、この例にかかる破断位置推定装置１は、ひずみセンサ２の出力をサンプリングするサンプリング周波数を比較的低い数百Ｈｚ程度の周波数にしても、橋桁６に埋設されている緊張材８の破断位置の推定が行える。また、この例にかかる破断位置推定装置１は、センサノード３の消費電力が抑えられる。

【0033】

＜２．構成例＞
図５は、センサノードの主要部の構成を示すブロック図である。センサノード３は、制御ユニット３１と、第１センサ接続部３２と、第２センサ接続部３３と、第１比較部３４と、第２比較部３５と、第１ピーク検出部３６と、第２ピーク検出部３７と、無線通信部３８と、を備えている。センサノード３は、本体各部に対する電源供給を図示していない電池で行う構成である。

【0034】

制御ユニット３１は、センサノード３本体各部の動作を制御する。また、制御ユニット３１は、閾値設定部３１ａ、タイマ３１ｂ、および記憶部３１ｃを有している。閾値設定部３１ａ、タイマ３１ｂ、および記憶部３１ｃについては、後述する。

【0035】

上記したように、この例にかかるセンサノード３は、最大で２つのひずみセンサ２を接続できる。第１センサ接続部３２、および第２センサ接続部３３は、ひずみセンサ２を接続するインタフェースである。第１センサ接続部３２、および第２センサ接続部３３には、接続されているひずみセンサ２の出力が入力される。ひずみセンサ２の出力は、橋桁６における取付位置のひずみの大きさに応じた電圧である。

【0036】

第１比較部３４、および第２比較部３５は、公知の比較回路（コンパレータ）である。第１比較部３４は、第１センサ接続部３２に接続されているひずみセンサ２の出力電圧と、設定されている閾値電圧とを比較し、ひずみセンサ２の出力電圧が閾値電圧よりも大きいかどうかを出力する。第２比較部３５は、第２センサ接続部３３に接続されているひずみセンサ２の出力電圧と、設定されている閾値電圧とを比較し、ひずみセンサ２の出力電圧が閾値電圧よりも大きいかどうかを出力する。第１比較部３４、および第２比較部３５は、ひずみセンサ２の出力電圧と、設定されている閾値電圧とを比較した結果を制御ユニット３１に出力する。

【0037】

第１ピーク検出部３６、および第２ピーク検出部３７は、公知のピークホールド回路である。第１ピーク検出部３６は、第１センサ接続部３２に接続されているひずみセンサ２の出力電圧のピークを検出し、出力する。第２ピーク検出部３７は、第２センサ接続部３３に接続されているひずみセンサ２の出力電圧のピークを検出し、出力する。第１ピーク検出部３６、および第２ピーク検出部３７は、検出したひずみセンサ２の出力電圧のピークを制御ユニット３１に出力する。

【0038】

なお、検出されたひずみセンサ２の出力電圧のピークをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部は、第１ピーク検出部３６、および第２ピーク検出部３７に設けてもよいし、制御ユニット３１に設けてもよい。

【0039】

無線通信部３８は、対応付けられているシンクノード４との間における近距離無線通信を実行する。

【0040】

次に、制御ユニット３１が有する閾値設定部３１ａ、タイマ３１ｂ、および記憶部３１ｃについて説明する。閾値設定部３１ａは、第１比較部３４、および第２比較部３５のそれぞれに対して、ひずみセンサ２の出力電圧と比較する閾値電圧を設定する。具体的には、閾値設定部３１ａは、第１比較部３４、および第２比較部３５のそれぞれに、ひずみセンサ２の出力電圧と比較する閾値電圧を出力する。

【0041】

タイマ３１ｂは、現在の日時を計時する。

【0042】

記憶部３１ｃは、センサノード３の動作時に用いる設定データ、および動作時に得られた検出データ（例えば、上記の閾値電圧、接続されているひずみセンサ２毎に、そのひずみセンサ２の識別コード、橋桁６における取付位置、ひずみセンサ２のピーク）を記憶するメモリである。

【0043】

センサノード３の制御ユニット３１は、ハードウェアＣＰＵ、メモリ、その他の電子回路によって構成されている。ハードウェアＣＰＵが、インストールされているプログラムを実行したときに、閾値設定部３１ａ、タイマ３１ｂ、および記憶部３１ｃとして動作する。また、メモリ（記憶部３１ｃ）は、このプログラムを展開する領域や、このプログラムの実行時に生じたデータ等を一時記憶する領域を有している。制御ユニット３１は、ハードウェアＣＰＵ、メモリ等を一体化したＬＳＩであってもよい。

【0044】

なお、この例では、センサノード３は、接続できるひずみセンサが１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、センサノード３は、接続しているひずみセンサの個数を、接続できる最大数未満で使用してもよい。

【0045】

図６は、シンクノードの主要部の構成を示すブロック図である。シンクノード４は、制御ユニット４１と、無線通信部４２と、報知部４３と、通信部４４とを備えている。この例では、シンクノード４が、橋桁６に埋設されている緊張材８が破断したかどうかを判断する。また、シンクノード４は、緊張材８が破断したと判断したときに、その破断位置を推定する。シンクノード４は、本体各部に対する電源供給を図示していない電池で行う構成であってもよいし、商用電源で行う構成であってもよい。

【0046】

制御ユニット４１は、シンクノード４本体各部の動作を制御する。また、制御ユニット４１は、破断位置推定部４１ａ、タイマ４１ｂ、および記憶部４１ｃを有している。破断位置推定部４１ａ、タイマ４１ｂ、および記憶部４１ｃについては、後述する。

【0047】

無線通信部４２は、対応付けられている複数のセンサノード３との間における近距離無線通信を実行する。報知部４３は、橋桁６に埋設されている緊張材８が破断したと判断したとき、その旨を報知する。報知部４３は、音声で報知する構成であってもよいし、ランプを点灯して報知する構成であってもよいし、映像を表示して報知する構成であってもよいし、これらの２つ以上を組み合わせて報知する構成であってもよい。

【0048】

通信部４４は、図示していないセンタ（上位装置）との間で通信を行う。センタとの通信は、公衆回線網、専用回線網、インタネット等のネットワークを介して行われる。

【0049】

次に、制御ユニット４１が有する破断位置推定部４１ａ、タイマ４１ｂ、および記憶部４１ｃについて説明する。

【0050】

破断位置推定部４１ａは、橋桁６における取付位置が、緊張材８の長さ方向に連続している２個以上のひずみセンサ２の出力電圧が閾値電圧を超えたときに、緊張材８が破断したと判定する。また、破断位置推定部４１ａは、緊張材８が破断したと判定したときに、緊張材８が破断位置を、出力電圧のピークが大きい上位２つのひずみセンサ２の間であると推定する。

【0051】

タイマ４１ｂは、現在の日時を計時する。

【0052】

記憶部４１ｃは、シンクノード４の動作時に用いる設定データ、および動作時に得られた検出データ（例えば、センサノード３から送信されてきたデータ、推定した緊張材８の破断位置）を記憶するメモリである。

【0053】

シンクノード４の制御ユニット４１は、ハードウェアＣＰＵ、メモリ、その他の電子回路によって構成されている。ハードウェアＣＰＵが、インストールされているプログラムを実行したときに、破断位置推定部４１ａ、タイマ４１ｂ、および記憶部４１ｃとして動作する。また、メモリ（記憶部４１ｃ）は、このプログラムを展開する領域や、このプログラムの実行時に生じたデータ等を一時記憶する領域を有している。制御ユニット４１は、ハードウェアＣＰＵ、メモリ等を一体化したＬＳＩであってもよい。

【0054】

＜３．動作例＞
次に、この例にかかる破断位置推定装置の動作について説明する。図７は、センサノードの動作を示すフローチャートである。図８は、シンクノードの動作を示すフローチャートである。

【0055】

センサノード３は、接続されているひずみセンサ２の出力電圧が閾値電圧を超えているかどうかを判定する（ｓ１）。第１比較部３４が、第１センサ接続部３２に接続されているひずみセンサ２の出力電圧と、閾値電圧とを比較した比較結果（ひずみセンサ２の出力電圧が閾値電圧を超えているかどうかを示す信号）を制御ユニット３１に出力している。また、第２比較部３５が、第２センサ接続部３３に接続されているひずみセンサ２の出力電圧と、閾値電圧とを比較した比較結果を制御ユニット３１に出力している。制御ユニット３１は、第１比較部３４、および第２比較部３５からの入力によって、接続されているひずみセンサ２の出力電圧が閾値電圧を超えているかどうかを判定する。

【0056】

なお、ｓ１では、第１センサ接続部３２に接続されているひずみセンサ２、または第２センサ接続部３３に接続されているひずみセンサ２の少なくとも一方の出力電圧が閾値電圧を超えているかどうかを判定している。

【0057】

センサノード３は、ｓ１で接続されているひずみセンサ２の出力電圧が閾値電圧を超えていると判定するまで、ｓ１にかかる処理を繰り返す。

【0058】

センサノード３は、ｓ１で接続されているひずみセンサ２の出力電圧が閾値電圧を超えていると判定すると、閾値電圧を超えたひずみセンサ２の出力電圧のピークを検出する（ｓ２）。第１ピーク検出部３６が、第１センサ接続部３２に接続されているひずみセンサ２の出力電圧のピークを検出し、制御ユニット３１に出力している。また、第２ピーク検出部３７が、第２センサ接続部３３に接続されているひずみセンサ２の出力電圧のピークを検出し、制御ユニット３１に出力している。ｓ２では、制御ユニット３１は、出力電圧が閾値電圧を超えていたひずみセンサ２について、出力電圧のピークを記憶部３１ｃに記憶する。言い換えれば、制御ユニット３１は、出力電圧が閾値電圧を超えていなかったひずみセンサ２について、出力電圧のピークを記憶部３１ｃに記憶しない。

【0059】

センサノード３は、ｓ１で出力電圧が閾値電圧を超えていると判定したひずみセンサ２にかかる通知データを生成する（ｓ３）。制御ユニット３１は、出力電圧が閾値電圧を超えていると判定したひずみセンサ２の識別コード、橋桁６における取付位置、今回検出したピーク、および現在日時を対応づけた通知データを生成する。センサノード３は、第１センサ接続部３２に接続されているひずみセンサ２、および第２センサ接続部３３に接続されているひずみセンサ２の両方について、出力電圧が閾値電圧を超えていると判定した場合、これら２つのひずみセンサ２について通知データを生成する。

【0060】

センサノード３は、無線通信部３８を起動し（ｓ４）、ｓ３で生成した通知データを近距離無線通信でシンクノード４へ送信する（ｓ５）。センサノード３は、ｓ５で通知データをシンクノード４へ送信すると、無線通信部３８を停止し（ｓ６）、ｓ１に戻る。

【0061】

次に、図８を参照して、シンクノード４の動作について説明する。シンクノード４は、センサノード３から送信されてきた通知データを無線通信部４２で受信するのを待っている（ｓ１１）。シンクノード４は、センサノード３から送信されてきた通知データを無線通信部４２で受信すると、今回受信した通知データを記憶部４１ｃに記憶する（ｓ１２）。また、ｓ１１で通知データを受信したタイミングを基準にして、判断タイミングを設定する（ｓ１３）。この判断タイミングは、他のセンサノード３からの通知データの受信待ち時間であり、長くてもｓ１１での通知データの受信から数秒後のタイミングである。

【0062】

シンクノード４は、ｓ１３で判断タイミングを設定すると、この判断タイミングに達するまで、無線通信部４２でセンサノード３から送信されてきた通知データを受信するのを待つ（ｓ１４、ｓ１５）。シンクノード４は、ｓ１５でセンサノード３から送信されてきた通知データを無線通信部４２で受信すると、今回受信した通知データを記憶部４１ｃに記憶する（ｓ１６）。

【0063】

シンクノード４は、橋桁６に埋設されている緊張材８が破断したかどうかを判断する（ｓ１７）。破断位置推定部４１ａは、今回通知データを受信したひずみセンサ２が２つ以上であれば、緊張材８が破断したと判断する。言い換えれば、破断位置推定部４１ａは、今回通知データを受信したひずみセンサ２が１つであれば、緊張材８が破断していないと判断する。これにより、いずれかのひずみセンサ２がノイズ等の影響によって、出力電圧が閾値電圧を超えたときに、緊張材８が破断したと誤判定されるのを抑制できる。

【0064】

シンクノード４は、破断位置推定部４１ａがｓ１７で緊張材８が破断していないと判断すると、ｓ１１に戻る。

【0065】

破断位置推定部４１ａは、ｓ１７で緊張材８が破断したと判断すると、今回通知データを受信したひずみセンサ２の中から、ピークが大きい上位２つのひずみセンサ２を選択する（ｓ１８）。破断位置推定部４１ａは、ｓ１８で選択した２つのひずみセンサ２の取付位置が、緊張材８の長さ方向に連続しているかどうかを判定する（ｓ１９）。図４に示したように、取付位置が破断位置に近いひずみセンサ２ほど、出力電圧のピークが大きくなる。したがって、ノイズ等の影響を受けていなければ、ピークが大きい上位２つのひずみセンサ２は、緊張材８の長さ方向に連続している。破断位置推定部４１ａは、ｓ１９で、２つのひずみセンサ２が緊張材８の長さ方向に連続していると判定すると、今回の緊張材８の破断位置を、ｓ１８で選択した２つのひずみセンサ２の間であると推定し（ｓ２０）、ｓ１１に戻る。

【0066】

また、破断位置推定部４１ａは、ｓ１９で、２つのひずみセンサ２が緊張材８の長さ方向に連続していないと判定すると、今回の緊張材８の破断位置の推定が行えない（推定不良）と判断し（ｓ２１）、ｓ１１に戻る。

【0067】

例えば、シンクノード４が、図３に示す４つのひずみセンサ２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅにかかる通知データをセンサノード３から受信し、ひずみセンサ２ａ、２ｆにかかる通知データをセンサノード３から受信していない場合を例にする。破断位置推定部４１ａは、４つのひずみセンサ２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅについて通知データを受信しているので、ｓ１７で緊張材８が破断したと判断する。また、破断位置推定部４１ａは、例えばｓ１８でひずみセンサ２ｂ、２ｃを選択した場合、これらの２つのひずみセンサ２ｂ、２ｃが緊張材８の長さ方向に連続しているので、ｓ２０で緊張材８の破断位置を２つのひずみセンサ２ｂ、２ｃ間であると推定する。一方、破断位置推定部４１ａは、例えばｓ１８でひずみセンサ２ｂ、２ｄを選択した場合、これらの２つのひずみセンサ２ｂ、２ｄが緊張材８の長さ方向に連続していないので（ひずみセンサ２ｃがひずみセンサ２ｂ、２ｄの間に位置しているので、）、ｓ２１で緊張材８の破断位置を推定不良と判断する。

【0068】

なお、破断位置推定部４１ａは、ｓ２１で緊張材８の破断位置を推定不良と判断せず、緊張材８の破断位置を２つのひずみセンサ２ｂ、２ｄであると推定してもよい。また、破断位置推定部４１ａは、２つのひずみセンサ２ｂ、２ｄにおいて、ピークが大きいほうのひずみセンサ２によって、緊張材８の破断位置を推定してもよい。例えば、破断位置推定部４１ａは、ひずみセンサ２ｂのほうが、ひずみセンサ２ｄよりもピークが大きかった場合、緊張材８の破断位置をひずみセンサ２ｂ、２ｃ間であると推定するようにしてもよい。

【0069】

このように、この例にかかる破断位置推定装置１は、緊張材８の破断位置を、橋桁６に取り付けた複数のひずみセンサ２間での緊張材８の破断にともなう弾性波により生じたひずみの大きさで推定する。したがって、この例にかかる破断位置推定装置１は、ひずみセンサ２のピークをサンプリングするサンプリング周波数を比較的低い周波数（数百Ｈｚ程度）にできる。これにより、センサノード３の消費電力が抑えられるので、センサノード３の電池交換の頻度を抑えることができる。

【0070】

また、プレストレストコンクリート構造物である橋桁６に埋設されている緊張材８の破断位置もある程度の精度で検出できる。

【0071】

また、シンクノード４は、橋桁６に埋設されている緊張材８が破断していると判断したとき、その旨を報知部４３において報知する。

【0072】

＜４．変形例＞
・変形例１
上位の例では、シンクノード４は、センサノード３から通知データを受信したひずみセンサ２が２つ以上であれば、緊張材８が破断したと判断するとしたが、センサノード３から通知データを受信したひずみセンサ２が２つ以上であり、且つ緊張材８の長さ方向に連続している場合に、緊張材８が破断したと判断する構成にしてもよい。

【0073】

このように構成すれば、ノイズ等の影響により、ひずみセンサ２の出力電圧が不適正になったときに、緊張材８が破断したと誤判断するのを抑制できる。

【0074】

なお、緊張材８の破断による橋桁６のひずみは、上記したように、緊張材８の破断位置に近いほど大きくなる。したがって、緊張材８が破断したとき、シンクノード４がセンサノード３から通知データを受信した複数のひずみセンサ２は、緊張材８の長さ方向に連続する。

【0075】

・変形例２
また、上記の例では、ひずみセンサ２は、緊張材８の長さ方向に略一定間隔で取り付けられているとしたが、この間隔をランダムにしてもよい。

【0076】

この場合、シンクノード４は、緊張材８が破断したと判断したときに、以下に示す処理で、緊張材８の破断位置を推定すればよい。すなわち、図８に示したｓ１８～ｓ２１を、図９に示すｓ３１～ｓ３６に置き換えてもよい。

【0077】

なお、図９では、図８に示した、ｓ１１～ｓ１６にかかる処理の図示を省略している。

【0078】

シンクノード４は、今回通知データを受信したひずみセンサ２が３つ以上であるかどうかを判定する（ｓ３１）。言い換えれば、ｓ３１では、今回通知データを受信したひずみセンサ２が２つであったかどうかを判定している。シンクノード４は、ｓ３１で、今回通知データを受信したひずみセンサ２が２つであったと判定すると、上記したｓ１９～ｓ２１と同様の処理を行う（ｓ３４～ｓ３６）。

【0079】

また、シンクノード４は、ｓ３１で、今回通知データを受信したひずみセンサ２が３つ以上であったと判定すると、ピークが大きい上位３つのひずみセンサ２を選択する（ｓ３２）。シンクノード４は、ｓ３２で選択した３つのひずみセンサ２の取付位置、およびピークによって、破断位置を算出する（ｓ３３）。

【0080】

例えば、ｓ３３では、ひずみセンサ２毎に、取付位置、および検出したピークを以下に示す（式１）に代入し、定数ａ、ｂ、ｃを求める。なお、ｃについては、求めなくてもよい。
ピーク＝－ａｘ²＋ｂｘ＋ｃ・・・（式１）
ｘは、緊張材８の長さ方向における、ひずみセンサ２の取付位置
そして、緊張材８の破断位置Ｘを、
Ｘ＝ｂ／（２ａ）
と推定する。

【0081】

ここでは、緊張材８の破断にともなう弾性波の影響が、破断位置Ｘからの距離の二乗で減衰するということを前提にしている。

【0082】

このようにすれば、隣接するひずみセンサ２間の間隔が一定でなくても、緊張材８の破断位置を推定（算出）することができる。

【0083】

また、上記の例で示した、ひずみセンサ２は、緊張材８の破断にともなう弾性波によるプレストレストコンクリート構造物の振動にかかる物理量を計測することができる他の種類のセンサ（例えば、加速度センサ、ＡＥセンサ）に置き換えてもよい。

【0084】

また、上記の例ではシンクノード４が、緊張材８が破断したかどうかの判断、および緊張材８の破断位置の推定にかかる処理を行うとしたが、これらの処理を図示していないセンタで行う構成にしてもよい。この場合、シンクノード４は、センサノード３から送信されてきた通知データを、センタに転送する中継器として動作させればよい。このように構成すれば、シンクノード４の消費電力も抑えられる。

【0085】

また、上記の例におけるセンサノード３とシンクノード４とを一体化してもよい。

【0086】

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、図７～図９に示したフローチャートにおける各処理の順番等についても、そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で入れ換えてもよい。また、この発明は、橋梁の橋桁６に限らず、他の用途で使用されているプレストレストコンクリート構造物であっても、緊張材８が破断したかどうかの判断、および破断位置の推定を行うことができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

【0087】

さらに、この発明に係る構成と上述した実施形態に係る構成との対応関係は、以下の付記のように記載できる。
＜付記＞
緊張材（８）が埋設されたプレストレストコンクリート構造物（６）に、前記緊張材（８）の長さ方向に適当な間隔で取り付けられ、振動にかかる物理量を計測する複数のセンサ（２）と、
前記センサ（２）毎に、そのセンサ（２）によって計測された前記物理量が閾値を超えたかどうかを判定する判定部（３４、３５）と、
前記センサ（２）毎に、そのセンサによって計測された前記物理量の最大値を検出するピーク検出部（３６、３７）と、
前記判定部（３４、３５）によって、計測された前記物理量が前記閾値を超えたと判定された前記センサ（２）に基づき前記緊張材（８）が破断したかどうかを判断し、前記緊張材（８）が破断したと判断したとき、計測された前記物理量が前記閾値を超えていた前記センサ（２）を含み、取り付け位置が連続して並んでいる所定数の前記センサ（２）によって計測された前記物理量の最大値を用いて、前記緊張材（８）が破断した位置を推定する推定部（４１ａ）と、を備えた破断位置推定装置（１）。

【符号の説明】

【0088】

１…破断位置推定装置
２（２ａ～２ｆ）…ピエゾ式ひずみセンサ（ひずみセンサ）
３…センサノード
４…シンクノード
６…橋桁
７…橋脚
８…緊張材
３１…制御ユニット
３１ａ…閾値設定部
３１ｂ…タイマ
３１ｃ…記憶部
３２…第１センサ接続部
３３…第２センサ接続部
３４…第１比較部
３５…第２比較部
３６…第１ピーク検出部
３７…第２ピーク検出部
３８…無線通信部
４１…制御ユニット
４１ａ…破断位置推定部
４１ｂ…タイマ
４１ｃ…記憶部
４２…無線通信部
４３…報知部
４４…通信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】