特開 2022-111514 センサ、およびセンサノード

(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】P2022111514

(43)【公開日】2022-08-01

(54)【発明の名称】センサ、およびセンサノード

(51)【国際特許分類】

   E01D 22/00 20060101AFI20220725BHJP

   G01H 11/08 20060101ALI20220725BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20220725BHJP

【ＦＩ】

E01D22/00 A

G01H11/08 Z

G01M99/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021006975

(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）】

2D059GG39

2G024AD34

2G024BA12

2G024BA22

2G024BA27

2G024FA04

2G024FA06

2G024FA11

2G064AA05

2G064AB01

2G064AB02

2G064BA02

2G064BD02

2G064CC41

2G064DD02

(57)【要約】

【課題】橋梁モニタリングに用いるセンサの個数を抑えることができる技術を提供することにある。
【解決手段】増幅部は、移動体が通行する橋梁の橋桁に取り付けられ、橋梁の振動にかかる物理量を計測するセンサ素子の出力における第１の周波数帯域の成分を増幅する第１増幅機能と、前記センサ素子の出力における第１の周波数帯域と重なっていない、第２の周波数帯域の成分を増幅する第２増幅機能と、を有する。切替部は、外部機器から入力された切替信号に応じて、増幅部の第１増幅機能、または第２増幅機能の一方を有効にし、他方を無効にする切替を行う。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体が通行する橋梁の橋桁に取り付けられ、前記橋梁の振動にかかる物理量を計測するセンサ素子と、
前記センサ素子の出力における第１の周波数帯域の成分を増幅する第１増幅機能と、前記センサ素子の出力における前記第１の周波数帯域と重なっていない、第２の周波数帯域の成分を増幅する第２増幅機能と、を有する増幅部と、
外部機器から入力された切替信号に応じて、前記増幅部の前記第１増幅機能、または前記第２増幅機能の一方を有効にし、他方を無効にする切替を行う切替部と、を備えたセンサ。

【請求項2】

前記第１増幅機能は、前記センサ素子の出力における前記第１の周波数帯域の成分を増幅する第１増幅回路であり、
前記第２増幅機能は、前記センサ素子の出力における前記第２の周波数帯域の成分を増幅する第２増幅回路であり、
前記切替部は、外部機器から入力された前記切替信号に応じて、前記センサ素子を前記第１増幅回路に接続し、前記第２増幅回路に接続していない第１状態と、前記センサ素子を前記第２増幅回路に接続し、前記第１増幅回路に接続していない第２状態との間で切り替える、請求項１に記載のセンサ。

【請求項3】

前記センサ素子は、前記橋梁の振動にかかる物理量として、前記橋桁のひずみを計測する、請求項１、または２に記載のセンサ。

【請求項4】

前記橋桁は、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であり、
前記第１増幅機能は、前記移動体の通行にともなう前記橋梁の振動にかかる成分を増幅し、
前記第２増幅機能は、前記緊張材の破断にともなう前記橋梁の振動にかかる成分を増幅する、請求項１～３のいずれかに記載のセンサ。

【請求項5】

請求項１～４のいずれかに記載のセンサに対して、前記増幅部の前記第１増幅機能、または前記第２増幅機能の一方を有効にし、他方を無効にする切替を行わせる信号を出力する切替信号出力部を備えた、センサノード。

【請求項6】

請求項４に記載のセンサに対して、前記増幅部の前記第１増幅機能、または前記第２増幅機能の一方を有効にし、他方を無効にする切替を行わせる信号を出力する切替信号出力部と、
前記移動体の通行にともなう前記橋梁の振動を計測する計測時間帯を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶している前記移動体の通行にともなう前記橋梁の振動を計測する計測時間帯であるとき、前記切替信号出力部から出力される前記切替信号を、前記増幅部の前記第１増幅機能を有効にし、前記第２増幅機能を無効にする信号に制御し、前記記憶部に記憶している前記移動体の通行にともなう前記橋梁の振動を計測する計測時間帯でないとき、前記切替信号出力部から出力される前記切替信号を、前記増幅部の前記第１増幅機能を無効にし、前記第２増幅機能を有効にする信号に制御する制御部と、を備えたセンサノード。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、車両等の移動体が通行する橋梁の振動にかかる物理量を、この橋梁に取り付けたセンサで計測する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両が走行する橋梁にセンサを取り付け、この橋梁の振動にかかる物理量を計測することによって、橋梁の状態を診断し、管理することが行われている。ここでは、橋梁の状態を診断し、管理することを、橋梁モニタリングと言う。

【0003】

例えば、特許文献１には、車両の走行による活荷重によって生じた橋梁の振動にかかる物理量をひずみセンサで計測する構成が記載されている。また、特許文献２には、プレストレストコンクリート構造物（橋桁等）に埋設されている緊張材の破断にともなう振動をＡＥ（Acoustic Emission）センサで検出する（緊張材の破断を検出する）構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３８９６４６５号公報

【特許文献2】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】

【0005】

しかしながら、橋梁モニタリングにおいては、例えば、特許文献１に記載された橋梁の振動の計測、および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検出を行うには、ひずみセンサ、およびＡＥセンサの２種類のセンサを用いなければならなかった。その結果、橋梁に取り付けるセンサの総数が増加し、センサの保守管理にかかる人手、およびコストが嵩むという問題があった。特に、橋桁に取り付けられたセンサの交換作業は高所作業になる。このことから、橋梁モニタリングに用いるセンサの総数を抑え、センサの破損による交換作業の頻度を抑えたいという要望がある。

【0006】

この発明の目的は、橋梁モニタリングに用いるセンサの総数を抑えることができ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】

【0007】

この発明のセンサは、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。

【0008】

増幅部は、移動体が通行する橋梁の橋桁に取り付けられ、橋梁の振動にかかる物理量を計測するセンサ素子の出力を増幅する第１増幅機能、および第２増幅機能を有している。第１増幅機能は、センサ素子の出力における第１の周波数帯域の成分を増幅する。また、第２増幅機能は、センサ素子の出力における第２の周波数帯域の成分を増幅する。第１の周波数帯域と、第２の周波数帯域とは重なっていない。例えば、第１の周波数帯域は、数Ｈｚ～数十Ｈｚの間に設定された周波数帯域であり、橋梁の低周波振動にかかる周波数帯域である。橋梁の低周波振動は、例えば、橋桁を通行する移動体によって加えられた活荷重による橋梁の振動である。第２の周波数帯域は、数百Ｈｚ～数ｋＨｚの間に設定された周波数帯域であり、橋梁の高周波振動にかかる周波数帯域である。橋梁の高周波振動は、例えば、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にともなう橋梁の振動である。

【0009】

切替部は、外部機器から入力された切替信号に応じて、増幅部の第１増幅機能、または第２増幅機能の一方を有効にし、他方を無効にする切替を行う。

【0010】

このため、第１増幅機能は、センサ素子の出力における第１の周波数帯域の成分を、第２増幅機能の影響を受けることなく増幅できる。また、第２増幅機能は、センサ素子の出力における第２の周波数帯域の成分を、第１増幅機能の影響を受けることなく増幅できる。したがって、この構成によれば、橋梁の低周波振動にかかる物理量の計測、および橋梁の高周波振動にかかる物理量の計測が適正に行える。

【0011】

また、例えば、第１増幅機能を、センサ素子の出力における第１の周波数帯域の成分を増幅する第１増幅回路とし、第２増幅機能を、センサ素子の出力における第２の周波数帯域の成分を増幅する第２増幅回路とする。そして、切替部を、外部機器から入力された切替信号に応じて、センサ素子を第１増幅回路に接続し、第２増幅回路に接続していない第１状態と、センサ素子を第２増幅回路に接続し、第１増幅回路に接続していない第２状態との間で切り替える構成にする。このように構成すれば、確実に第１増幅機能は、センサ素子の出力における第１の周波数帯域の成分を、第２増幅機能の影響を受けることなく増幅できる。また、第２増幅機能は、センサ素子の出力における第２の周波数帯域の成分を、第１増幅機能の影響を受けることなく増幅できる。

【0012】

センサ素子は、橋梁の振動にかかる物理量として、橋桁のひずみを計測するひずみセンサ（例えば、ピエゾ素子を用いたひずみセンサ）であってもよいし、橋桁の振動の加速度を計測する加速度センサ（例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）型加速度センサ）であってもよい。

【発明の効果】

【0013】

この発明によれば、橋梁モニタリングに用いるセンサの総数を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】この例にかかる橋梁モニタリングシステムの構成を示す概略図である。

【図2】この例にかかる橋梁モニタリングシステム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】ひずみセンサの構成を示す図である。

【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】センサノードの動作を示すフローチャートである。

【図7】変形例のひずみセンサの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、この発明の実施形態について説明する。

【0016】

＜１．適用例＞
図１は、この例にかかる橋梁モニタリングシステムの構成を示す概略図である。図２は、この例にかかる橋梁モニタリングシステム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。

【0017】

この例にかかる橋梁モニタリングシステム１は、ピエゾ式ひずみセンサ２と、センサノード３と、シンクノード４と、センタ５とを備えている。この例では、ピエゾ式ひずみセンサ２と、センサノード３とを１対１で対応づけている。また、この例にかかる橋梁モニタリングシステム１では、複数のセンサノード３をシンクノード４に対応付けている。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、対応づけられているセンサノード３と無線で通信する。センタ５は、ネットワーク１０を介してシンクノード４と接続される。

【0018】

この橋梁モニタリングシステム１では、車両１００の走行による活荷重によって生じた橋梁の橋桁６の振動の計測、および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の破断の検出を行い、その結果に基づいて、橋梁の状態を診断し、管理する。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は、緊張材８を埋設した、プレストレストコンクリート構造物である。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。

【0019】

橋桁６には、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。）が橋軸方向に並べて取り付けられている。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。

【0020】

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。ひずみセンサ２は、車両１００の走行による活荷重によって生じた橋梁の橋桁６の振動の計測、および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の破断の検出に用いられる。すなわち、ひずみセンサ２は、２つの事象の観測に用いられるセンサである。

【0021】

センサノード３は、接続されているひずみセンサ２の状態を、このひずみセンサ２で観測する事象に応じて切り替える。センサノード３は、ひずみセンサ２の計測出力を処理し、その処理結果を対応付けられているシンクノード４に送信する。

【0022】

シンクノード４は、センサノード３から受信した処理結果をネットワーク１０介してセンタ５に送信する。センタ５は、シンクノード４から受信した処理結果を用いて、橋梁の状態を総合的に診断し、管理する。

【0023】

このように、この例では、ひずみセンサ２を、車両１００の走行による活荷重によって生じた橋梁の橋桁６の振動の計測、および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の破断の検出に用いる構成にしたので、橋梁モニタリングに用いるセンサの総数を抑えることができる。

【0024】

＜２．構成例＞
図４は、ひずみセンサの構成を示す概略図である。ひずみセンサ２は、センサ素子２１と、第１増幅回路２２と、第２増幅回路２３と、切替回路２４とを有している。

【0025】

センサ素子２１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ものである。

【0026】

第１増幅回路２２、および第２増幅回路２３は、センサ素子２１で発生した電圧（センサ素子２１の圧電フィルムで発生した電荷に応じた電圧）を増幅する増幅回路である。第１増幅回路２２は、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動周波数（数Ｈｚ～数十Ｈｚ）に応じた帯域の成分を増幅するための増幅回路（低周波数帯域の増幅回路）である。第２増幅回路２３は、橋桁６の埋設されている緊張材８の破断にともなう衝撃波による橋桁６の振動周波数（数百Ｈｚ～数ｋＨｚ）に応じた帯域の成分を増幅する増幅回路（高周波数帯域の増幅回路）である。

【0027】

第１増幅回路２２、および第２増幅回路２３は、図４に示すように、同様の回路であるが、回路定数が異なっている。具体的には、第１増幅回路２２は、抵抗Ｒ１が２００ＭΩ、コンデンサＣ１が０．０９４μＦであり、第２増幅回路２３は、抵抗Ｒ２が１ＭΩ、コンデンサＣ２が３．７ｎＦである。第１増幅回路２２は、コンデンサＣ１の容量を大きくした電荷増幅器であり、これに対して、第２増幅回路２３は、コンデンサＣ２の容量を小さくした電圧増幅器である。また、第１増幅回路２２の時定数は、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動周波数に応じて定めている。第２増幅回路２３の時定数は、橋桁６の埋設されている緊張材８の破断にともなう衝撃波による橋桁６の振動周波数に応じて定めている。

【0028】

なお、図中に示すＡｍｐ１、Ａｍｐ２は、オペアンプである。

【0029】

切替回路２４は、センサ素子２１を第１増幅回路２２に接続し、センサ素子２１を第２増幅回路２３から切断した第１状態(図４において実線で示す状態)と、センサ素子２１を第１増幅回路２２から切断し、センサ素子２１を第２増幅回路２３に接続した第２状態(図４において破線で示す状態)と、の切り替えを行う。切替回路２４は、第１状態、または第２状態の切り替えを、センサノード３から入力されている切替信号に応じて行う。第１状態は、第１増幅回路２２を有効にし、第２増幅回路２３を無効にした状態である。また、第２状態は、第１増幅回路２２を無効にし、第２増幅回路２３を有効にした状態である。

【0030】

また、図４に示す、ｏｕｔ１、ｏｕｔ２、ｉｎ、ＧＮＤは、センサノード３と接続される入出力端子である。ｏｕｔ１は、第１増幅回路２２の出力端子である。ｏｕｔ２は、第２増幅回路２３の出力端子である。ｉｎは、切替信号の入力端子である。ＧＮＤは、アース端子である。

【0031】

上記したように、この例のひずみセンサ２は、第１状態であるとき、センサ素子２１を第２増幅回路２３から切断しているので、第１増幅回路２２の出力に対して、第２増幅回路２３を構成する回路素子が影響を与えることはない。同様に、ひずみセンサ２は、第２状態であるとき、センサ素子２１を第１増幅回路２２から切断しているので、第２増幅回路２３の出力に対して、第１増幅回路２２を構成する回路素子が影響を与えることはない。

【0032】

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、切替信号出力部３２と、ひずみ信号入力部３３と、破断検出信号入力部３４と、比較部３５と、ピーク検出部３６と、無線通信部３７と、を備えている。センサノード３は、ひずみセンサ２と有線で接続されている。ここでは、接続されるひずみセンサ２が１つであるセンサノード３を例にして説明するが、センサノード３は、複数のひずみセンサ２が接続される構成であってもよい。

【0033】

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、計測データ生成部３１ａ、閾値設定部３１ｂ、タイマ３１ｃ、および記憶部３１ｄを有している。計測データ生成部３１ａ、閾値設定部３１ｂ、タイマ３１ｃ、および記憶部３１ｄについては、後述する。

【0034】

切替信号出力部３２は、接続されているひずみセンサ２に対して切替信号を出力する。この例では、切替信号は、ハイレベル、またはローレベルによる２値の信号である。この例では、ひずみセンサ２は、入力されている切替信号がハイレベルであるとき、切替回路２４によって第１状態に切り替えられる。また、ひずみセンサ２は、入力されている切替信号がローレベルであるとき、切替回路２４によって第２状態に切り替えられる。

【0035】

ひずみ信号入力部３３は、ひずみセンサ２の第１増幅回路２２の出力（ｏｕｔ１）に接続される。ひずみ信号入力部３３には、ひずみセンサ２が第１状態であるとき、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動を計測した物理量の計測信号が入力される。

【0036】

破断検出信号入力部３４は、ひずみセンサ２の第２増幅回路２３の出力（ｏｕｔ２）に接続される。破断検出信号入力部３４には、ひずみセンサ２が第２状態であるとき、橋桁６に埋設されている緊張材８が破断すると、この破断にともなう衝撃波による橋桁６の振動を計測した物理量の計測信号が入力される。

【0037】

比較部３５は、公知の比較回路（コンパレータ）である。比較部３５は、破断検出信号入力部３４に入力された第２増幅回路２３の出力電圧と、設定されている閾値電圧とを比較した比較結果を制御ユニット３１に出力する。この閾値電圧は、橋桁６に埋設されている緊張材８が破断したかどうかの判定に用いる値である。具体的には、比較部３５は、破断検出信号入力部３４に入力された第２増幅回路２３の出力電圧が、設定されている閾値電圧よりも大きければ、比較結果として、橋桁６に埋設されている緊張材８の破断検出を制御ユニット３１に出力する。

【0038】

ピーク検出部３６は、公知のピークホールド回路である。ピーク検出部３６は、破断検出信号入力部３４に入力された第２増幅回路２３の出力電圧のピークを検出し、出力する。ピーク検出部３６は、検出した第２増幅回路２３の出力電圧のピークを制御ユニット３１に出力する。

【0039】

なお、検出された第２増幅回路２３の出力電圧のピークをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部は、ピーク検出部３６に設けてもよいし、制御ユニット３１に設けてもよい。

【0040】

無線通信部３７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。

【0041】

次に、制御ユニット３１が有する計測データ生成部３１ａ、閾値設定部３１ｂ、タイマ３１ｃ、および記憶部３１ｄについて説明する。

【0042】

この例のセンサノード３は、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動を計測する計測時間帯（計測開始時刻と、計測終了時刻）が予め設定されている。この例では、車両１００の通行量が比較的多い、午前９：００～午前９：０５までの５分間と、トレーラ、高速バス等の大型車両の通行量が比較的多い午前０：００～午前０：０５までの５分間の２つの計測時間帯をセンサノード３に設定している。記憶部３１ｄが、この計測時間帯を記憶している。また、この例のセンサノード３は、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動を計測する計測時間帯でないとき、橋桁６に埋設されている緊張材８の破断を検出する処理を行う。

【0043】

制御ユニット３１は、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動を計測する計測時間帯であるとき、切替信号出力部３２において、ひずみセンサ２に対して第１の状態を指示する切替信号を出力する。また、制御ユニット３１は、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動を計測する計測時間帯でないとき、切替信号出力部３２において、ひずみセンサ２に対して第２の状態を指示する切替信号を出力する。

【0044】

なお、ここで示した計測時間帯は、あくまでも例であり、これに限られるものではない。また、センサノード３に設定される計測時間帯は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

【0045】

計測データ生成部３１ａは、設定されている計測時間帯であるときに、予め定めたサンプリング周波数（数百Ｈｚ程度）で、ひずみ信号入力部３３に入力されている、ひずみセンサ２の第１増幅回路２２の出力を繰り返しサンプリングし、第１増幅回路２２の出力を計測時間帯にわたって取得する。

【0046】

計測データ生成部３１ａは、計測時間帯毎に、計測時間帯にわたって取得した、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動にかかる計測データを記憶部３１ｄに記憶させる。

【0047】

閾値設定部３１ｂは、比較部３５に対して、破断検出信号入力部３４に入力されている、ひずみセンサ２の第２増幅回路２３の出力電圧と比較する閾値電圧を設定する。

【0048】

タイマ３１ｃは、現在の日時を計時する。

【0049】

記憶部３１ｄ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の識別コード、橋桁６における取付位置、橋桁６の振動にかかる計測データ、緊張材８の破断検出時のピーク等）を記憶するメモリである。

【0050】

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、計測データ生成部３１ａ、閾値設定部３１ｂ、タイマ３１ｃ、および記憶部３１ｄとして動作する。また、メモリ（記憶部３１ｄ）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。

【0051】

センサノード３は、複数のひずみセンサ２を接続できる構成にしてもよい。また、上記したように、この例では、ひずみセンサ２に対して第１状態を指示する切替信号がハイレベルであり、第２状態を指示する切替信号がローレベルである。また、橋梁モニタリングシステム１は、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動を計測する計測時間帯は、この例では、１日あたり１０分であり、そのほとんどが、橋桁６に埋設されている緊張材８の破断を監視する。したがって、切替信号出力部３２において出力される切替信号は、一時的（計測時間帯）にハイレベルになる。すなわち、センサノード３は、ハイレベルの切替信号を出力する時間が短時間であるので、消費電力を低減することができる。

【0052】

シンクノード４は、センサノード３から近距離無線通信で送信されてきた橋桁６の振動にかかる計測データ、緊張材８の破断検出時のピーク等の処理結果を受信すると、これをネットワーク１０を介してセンタ５に転送する。すなわち、この例では、シンクノード４は、センサノード３の処理結果をセンタ５に転送する中継器として動作する。また、センタ５は、シンクノード４から受信した処理結果を用いて、橋梁の状態を総合的に診断し、管理する。

【0053】

ここでは、シンクノード４、およびセンタ５については、詳細な説明を省略する。

【0054】

＜３．動作例＞
次に、この例の橋梁モニタリングシステム１のセンサノード３の動作について説明する。図６は、センサ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、切替信号出力部３２において、ひずみセンサ２に第２状態を指示する切替信号を出力している状態を初期状態として説明する。すなわち、センサノード３が初期状態であるとき、ひずみセンサ２は、センサ素子２１を第１増幅回路２２から切断し、センサ素子２１を第２増幅回路２３に接続した第２状態である。

【0056】

センサノード３は、現在時刻が橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動を計測する計測時間帯であるかどうかを判定する（ｓ１）。センサノード３は、計測時間帯でなければ、破断検出信号入力部３４に入力されているひずみセンサ２の第２増幅回路２３の出力電圧が設定されている閾値電圧を超えているかどうかを判定する（ｓ２）。

【0057】

計測時間帯は、記憶部３１ｄに記憶されている。ｓ１では、センサノード３は、タイマ３１ｃにおいて計時されている時刻が、記憶部３１ｄに記憶されている計測時間帯であるかどうかを判定している。また、比較部３５が、破断検出信号入力部３４に接続されているひずみセンサ２の第２増幅回路２３の出力電圧と、閾値電圧とを比較した比較結果（第２増幅回路２３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。センサノード３は、制御ユニット３１において、接続されているひずみセンサ２の第２増幅回路２３の出力電圧が閾値電圧を超えているかどうかを、比較部３５からの入力によって判定する。

【0058】

センサノード３は、ｓ１、およびｓ２にかかる判定を繰り返し、ｓ１で計測時間帯であると判定すると、切替信号出力部３２において、ひずみセンサ２に第１状態を指示する切替信号を出力する（ｓ３）。これにより、ひずみセンサ２は、センサ素子２１を第１増幅回路２２に接続し、センサ素子２１を第２増幅回路２３から切断した第１状態に変化する。

【0059】

センサノード３は、ひずみ信号入力部３３に入力されているひずみセンサ２の第１増幅回路２２の出力を、予め定めたサンプリング周波数（数百Ｈｚ程度）でサンプリングし、得られたひずみセンサ２の第１増幅回路２２の出力値（ディジタル値）を記憶部３１ｄに蓄積的に記憶する処理を開始する（ｓ４）。そして、センサノード３は、計測終了時刻（午前９：０５、または午前０：０５）になるのを待つ（ｓ５）。

【0060】

センサノード３は、ｓ４で開始したひずみセンサ２の第１増幅回路２２の出力値の記憶については、ｓ５で計測終了時刻になったと判定するまで、サンプリング周波数に応じた周期で繰り返す。センサノード３は、ｓ５で計測終了時刻になったと判定すると、ｓ４で開始したひずみセンサ２の第１増幅回路２２の出力のサンプリングを終了する（ｓ６）。

【0061】

また、センサノード３は、切替信号出力部３２において、ひずみセンサ２に第２状態を指示する切替信号を出力する（ｓ７）。これにより、ひずみセンサ２は、センサ素子２１を第１増幅回路２２から切断し、センサ素子２１を第２増幅回路２３に接続した第２状態に変化する。

【0062】

センサノード３は、今回の計測時間帯における計測データを生成する（ｓ８）。ｓ８で生成される計測データは、ｓ４で開始し、ｓ６で終了するまでの期間に、ひずみ信号入力部３３に入力されたひずみセンサ２の第１増幅回路２２の出力値を時系列に並べたデータである。また、この計測データには、ひずみセンサ２（または、センサノード３）の識別コード、および計測日時が対応づけられている。

【0063】

センサノード３は、無線通信部３７を起動し（ｓ９）、今回生成した計測データをシンクノード４に送信する（ｓ１０）。センサノード３は、計測データの送信が完了すると、無線通信部３７を停止し（ｓ１１）、ｓ１に戻る。シンクノード４への計測データの送信は、無線通信部３７における近距離無線通信で行われる。

【0064】

このように、センサノード３は、予め設定されている計測時間帯に、ひずみセンサ２を用いて、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動の計測を行う。

【0065】

また、センサノード３は、ｓ２で破断検出信号入力部３４に入力されているひずみセンサ２の第２増幅回路２３の出力電圧が設定されている閾値電圧を超えていると判定すると、ピーク検出部３６において、破断検出信号入力部３４に入力されているひずみセンサ２の第２増幅回路２３の出力電圧のピークを検出する（ｓ１１）。ピーク検出部３６が、破断検出信号入力部３４に入力されているひずみセンサ２の第２増幅回路２３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。

【0066】

制御ユニット３１は、ｓ１１で検出したひずみセンサ２の第２増幅回路２３の出力電圧のピークを記憶部３１ｄに記憶する。言い換えれば、制御ユニット３１は、ひずみセンサ２の第２増幅回路２３の出力電圧が閾値電圧を超えていないとき出力電圧のピークを記憶部３１ｄに記憶しない。

【0067】

センサノード３は、緊張材８の破断検出データを生成する（ｓ１２）。破断検出データは、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、および検出日時を対応づけたデータである。センサノード３は、無線通信部３７を起動し（ｓ１３）、今回生成した破断検出データをシンクノード４に送信する（ｓ１４）。センサノード３は、破断検出データの送信が完了すると、無線通信部３７を停止し（ｓ１５）、ｓ１に戻る。シンクノード４への破断検出データの送信は、無線通信部３７における近距離無線通信で行われる。

【0068】

このように、センサノード３は、予め設定されている計測時間帯でないとき、ひずみセンサ２を用いて、橋桁６に埋設されている緊張材８の破断の検出を行う。

【0069】

シンクノード４は、センサノード３から送信されてきた計測データ、および破断検出データを受信すると、これをセンタ５に転送する。センタ５は、複数のシンクノード４から送信されてきた計測データ、および破断検出データを基に、総合的に橋梁の状態を診断し、管理する。

【0070】

このように、この例の橋梁モニタリングシステム１では、ひずみセンサ２で、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動の計測、および橋桁６に埋設されている緊張材８の破断の検出が行える。このため、橋桁６に取り付けるセンサの総数を抑えることができる。したがって、橋梁モニタリングシステム１における、センサの保守管理にかかる人手、およびコストが嵩むのを防止できる。

【0071】

なお、緊張材８が破断したとき、取付位置が破断位置に近いひずみセンサ２ほど、ピーク検出部３６で検出されるひずみセンサ２の第２増幅回路２３の出力電圧のピークが大きい。このことから、センタ５では、破断検出データに含まれている、ひずみセンサ２の第２増幅回路２３の出力電圧のピークを比較することにより、緊張材８が破断位置を推定できる。

【0072】

＜４．変形例＞
上記の例では、ひずみセンサ２は、第１増幅回路２２、および第２増幅回路２３を有しているとしたが、例えば、図７に示す構成してもよい。

【0073】

図７に示すひずみセンサ２Ａは、センサ素子２１と、共用増幅回路２２Ａと、切替回路２４Ａとを有している。

【0074】

センサ素子２１Ａは、上記の例と同様に、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ものである。

【0075】

共用増幅回路２２Ａは、センサ素子２１Ａで発生した電圧を増幅する増幅回路である。共用増幅回路２２Ａは、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動周波数（数Ｈｚ～数十Ｈｚ）に応じた帯域の成分を増幅するだけでなく、橋桁６の埋設されている緊張材８の破断にともなう衝撃波による橋桁６の振動周波数（数百Ｈｚ～数ｋＨｚ）に応じた帯域の成分を増幅する。具体的には、切替回路２４Ａが、共用増幅回路２２Ａの負帰還容量であるコンデンサＣｆ３、Ｃｆ４を選択的に切り替える。より具体的には、ひずみセンサ２Ａは、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動を計測する第１状態であるとき、共用増幅回路２２Ａの負帰還容量としてコンデンサＣｆ３を抵抗Ｒ３と並列に接続する。このとき、コンデンサＣｆ４は、共用増幅回路２２Ａから切断されている。また、ひずみセンサ２Ａは、橋桁６に埋設されている緊張材８の破断を検出する第２状態であるとき、共用増幅回路２２Ａの負帰還容量としてコンデンサＣｆ４を抵抗Ｒ３と並列に接続する。このとき、コンデンサＣｆ３は、共用増幅回路２２Ａから切断されている。

【0076】

この場合、ひずみセンサ２Ａのｏｕｔ３端子は、ひずみ信号入力部３３、および破断検出信号入力部３４に接続される。

【0077】

なお、図中に示すＡｍｐ３は、オペアンプである。

【0078】

この図７に示すひずみセンサ２であっても、橋桁６を走行した車両１００によって加えられた活荷重による橋桁６の振動の計測、および橋桁６に埋設されている緊張材８の破断の検出が行える。

【0079】

なお、本願発明は、上記した、ひずみセンサ２に限らず、加速度センサ等の他の種類のセンサにも適用できる。

【0080】

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６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、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。

【0081】

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＞
移動体（１００）が通行する橋梁の橋桁（６）に取り付けられ、前記橋梁の振動にかかる物理量を計測するセンサ素子（２１）と、
前記センサ素子（２１）の出力における第１の周波数帯域の成分を増幅する第１増幅機能と、前記センサ素子の出力における前記第１の周波数帯域と重なっていない、第２の周波数帯域の成分を増幅する第２増幅機能と、を有する増幅部（２２、２３）と、
外部機器（３）から入力された切替信号に応じて、前記増幅部（２２、２３）の前記第１増幅機能、または前記第２増幅機能の一方を有効にし、他方を無効にする切替を行う切替部（２４）と、を備えたセンサ（２）。

【符号の説明】

【0082】

１…橋梁モニタリングシステム
２、２Ａ…ピエゾ式ひずみセンサ（ひずみセンサ）
３…センサノード
６…橋桁
７…橋脚
８…緊張材
２１、２１Ａ…センサ素子
２２…第１増幅回路
２２Ａ…共用増幅回路
２３…第２増幅回路
２４、２４Ａ…切替回路
３１…制御ユニット
３１ａ…計測データ生成部
３１ｂ…閾値設定部
３１ｃ…タイマ
３１ｄ…記憶部
３２…切替信号出力部
３３…ひずみ信号入力部
３４…破断検出信号入力部
３５…比較部
３６…ピーク検出部
３７…無線通信部
１００…車両

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】