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(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】P2023013807
(43)【公開日】2023-01-26
(54)【発明の名称】無線計測モジュールおよび状態量計測システム
(51)【国際特許分類】
G01D 11/24 20060101AFI20230119BHJP
G08C 17/00 20060101ALI20230119BHJP
【ＦＩ】
G01D11/24 A
G08C17/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021118234
(22)【出願日】2021-07-16
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】311012538
【氏名又は名称】株式会社立山科学ハイテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】竹中 計行
(72)【発明者】
【氏名】加藤 崇
(72)【発明者】
【氏名】西田 与志雄
(72)【発明者】
【氏名】福島 慎吾
(72)【発明者】
【氏名】川崎 洋一
(72)【発明者】
【氏名】往蔵 洋志
【テーマコード（参考）】
2F073
【Ｆターム（参考）】
2F073AA03
2F073AA11
2F073AA19
2F073AA31
2F073AA40
2F073AB01
2F073AB04
2F073AB05
2F073BB01
2F073BC02
2F073CC03
2F073CC12
2F073CD11
2F073DE02
2F073DE06
2F073DE13
2F073EE01
2F073EE11
2F073EF09
2F073FF01
2F073FG01
2F073FG02
2F073FG04
2F073GG01
2F073GG05
(57)【要約】
【課題】構造体の状態量を計測する際の修理コストを低減する無線計測モジュールおよび状態量計測システムを提案する。
【解決手段】本発明の送信機１０は、構造体に固定され、構造体の状態量を検出するセンサ１１と、状態量のアナログデータをデジタルデータに変換するＡＦＥ基板１３と、電池１４と、無線機１５と、ＡＦＥ基板１３と無線機１５を制御する中継基板１６と、を備え、ＡＦＥ基板１３と、電池１４と、無線機１５とがそれぞれ、着脱可能なソケット（１３１，１４１，１５１，１６１～１６３）で中継基板１６と接続されている。
【選択図】図２
【解決手段】本発明の送信機１０は、構造体に固定され、構造体の状態量を検出するセンサ１１と、状態量のアナログデータをデジタルデータに変換するＡＦＥ基板１３と、電池１４と、無線機１５と、ＡＦＥ基板１３と無線機１５を制御する中継基板１６と、を備え、ＡＦＥ基板１３と、電池１４と、無線機１５とがそれぞれ、着脱可能なソケット（１３１，１４１，１５１，１６１～１６３）で中継基板１６と接続されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
構造体に固定され、前記構造体の状態量を検出するセンサと、
前記状態量のアナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換基板と、
電池と、
無線機と、
前記ＡＤ変換基板と前記無線機を制御する中継基板と、を備え、
前記ＡＤ変換基板と、前記電池と、前記無線機とがそれぞれ、着脱可能なソケットで前記中継基板と接続されている無線計測モジュール。
前記状態量のアナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換基板と、
電池と、
無線機と、
前記ＡＤ変換基板と前記無線機を制御する中継基板と、を備え、
前記ＡＤ変換基板と、前記電池と、前記無線機とがそれぞれ、着脱可能なソケットで前記中継基板と接続されている無線計測モジュール。
【請求項2】
前記ＡＤ変換基板と、前記電池と、前記無線機と、前記中継基板とを収容するボックスを備え、
前記ボックスは、開閉可能な蓋部と、
前記センサと前記ＡＤ変換基板を接続する配線が挿通される孔部を備える請求項１に記載の無線計測モジュール。
前記ボックスは、開閉可能な蓋部と、
前記センサと前記ＡＤ変換基板を接続する配線が挿通される孔部を備える請求項１に記載の無線計測モジュール。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の無線計測モジュールと、
前記無線計測モジュールと無線で通信する受信機と、
前記受信機と通信可能に接続されている計算機と、を備え、
前記受信機と前記計算機は移動体に搭載されており、
前記移動体と前記無線計測モジュールとの距離が所定距離以下になった場合、前記無線機が前記デジタルデータを前記受信機に送信する状態量計測システム。
前記無線計測モジュールと無線で通信する受信機と、
前記受信機と通信可能に接続されている計算機と、を備え、
前記受信機と前記計算機は移動体に搭載されており、
前記移動体と前記無線計測モジュールとの距離が所定距離以下になった場合、前記無線機が前記デジタルデータを前記受信機に送信する状態量計測システム。
【請求項4】
前記計算機は不揮発性の記憶部を備える請求項３に記載の状態量計測システム。
【請求項5】
前記ＡＤ変換基板は、前記中継基板からの制御信号に従い間欠動作をするとともに、
前記計算機は、第１期間内に収集された前記アナログデータの集合が変換された前記デジタルデータの集合に対して、所定数のデジタルデータを用いて前記状態量の移動平均値を計算する処理、前記デジタルデータの集合の所定期間内に収集されたデジタルデータを用いて前記状態量の平均値を計算する処理、および、前記第１期間の検出開始タイミングから前記第１期間中の第１タイミングまでの第２期間内に収集された前記デジタルデータを破棄する処理のうち少なくとも１つの処理をする請求項３または請求項４に記載の状態量計測システム。
前記計算機は、第１期間内に収集された前記アナログデータの集合が変換された前記デジタルデータの集合に対して、所定数のデジタルデータを用いて前記状態量の移動平均値を計算する処理、前記デジタルデータの集合の所定期間内に収集されたデジタルデータを用いて前記状態量の平均値を計算する処理、および、前記第１期間の検出開始タイミングから前記第１期間中の第１タイミングまでの第２期間内に収集された前記デジタルデータを破棄する処理のうち少なくとも１つの処理をする請求項３または請求項４に記載の状態量計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線計測モジュールおよび状態量計測システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、山岳トンネルなどの電波が届きにくい環境に配置されている構造体のひずみを無線で計測する技術に関する研究や開発が盛んである。例えば、特許文献１には、計測現場付近に設置されている子機と、子機を制御する親機との間で無線通信をするひずみ計測システムについて開示されている。子機は、計測箇所に設置されるひずみゲージ式センサが検出したアナログデータ信号をデジタルデータ信号に変換し、デジタルデータ信号を無線通信信号に変調し、アンテナ部を介して無線通信信号を無線信号（電磁波）として親機に送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００８－２３４３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の子機などの従来の無線計測モジュールは、建設現場に構築されている多数の構造体ごとに用意する必要があり、持ち運びや取り付けの利便性に鑑みてパッケージ化（一体化）されていた。つまり、従来の無線計測モジュールでは、無線計測モジュールの複数の構成要素が分離不可能に組付けられる構成がとられていた。しかし、このような従来の構成では、構成要素の１つでも故障した場合、故障した構成要素のみを交換できず、すべての構成要素を交換しなければならなかった。その結果、構造体の状態量（ひずみ等）を計測する際の修理コストがかさんでしまうという問題があった。
このような観点から、本発明は、構造体の状態量を計測する際の修理コストを低減する無線計測モジュールおよび状態量計測システムを提案することを課題とする。
このような観点から、本発明は、構造体の状態量を計測する際の修理コストを低減する無線計測モジュールおよび状態量計測システムを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記課題を解決するために、本発明は、構造体に固定され、前記構造体の状態量を検出するセンサと、前記状態量のアナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換基板と、電池と、無線機と、前記ＡＤ変換基板と前記無線機を制御する中継基板と、を備え、前記ＡＤ変換基板と、前記電池と、前記無線機とがそれぞれ、着脱可能なソケットで前記中継基板と接続されている無線計測モジュールである。
かかる構成によれば、ＡＤ変換基板が故障した場合、故障したＡＤ変換基板を中継基板から分離できるため、ＡＤ変換基板のみを交換できる。また、電池が故障あるいは消耗した場合、故障等した電池を中継基板から分離できるため、電池のみを交換できる。また、無線機が故障した場合、故障した無線機を中継基板から分離できるため、無線機のみを交換できる。また、中継基板が故障した場合、故障した中継基板をＡＤ変換基板と電池と無線機とからそれぞれ分離できるため、中継基板のみを交換できる。つまり、ＡＤ変換基板、電池、無線機および中継基板のうち少なくとも１つが故障してもＡＤ変換基板、電池、無線機および中継基板のすべてを交換する必要がない。よって、無線計測モジュールの修理コストを低減できる。
かかる構成によれば、ＡＤ変換基板が故障した場合、故障したＡＤ変換基板を中継基板から分離できるため、ＡＤ変換基板のみを交換できる。また、電池が故障あるいは消耗した場合、故障等した電池を中継基板から分離できるため、電池のみを交換できる。また、無線機が故障した場合、故障した無線機を中継基板から分離できるため、無線機のみを交換できる。また、中継基板が故障した場合、故障した中継基板をＡＤ変換基板と電池と無線機とからそれぞれ分離できるため、中継基板のみを交換できる。つまり、ＡＤ変換基板、電池、無線機および中継基板のうち少なくとも１つが故障してもＡＤ変換基板、電池、無線機および中継基板のすべてを交換する必要がない。よって、無線計測モジュールの修理コストを低減できる。
【0006】
また、前記ＡＤ変換基板と、前記電池と、前記無線機と、前記中継基板とを収容するボックスを備え、前記ボックスは、開閉可能な蓋部と、前記センサと前記ＡＤ変換基板を接続する配線が挿通される孔部を備えることが好ましい。
かかる構成によれば、ボックス内に水分が浸入し難くなるので、ＡＤ変換基板、電池、無線機および中継基板が水分に起因して故障することを防止できると共に、故障あるいは消耗した構成要素の交換作業を容易に行うことができる。
かかる構成によれば、ボックス内に水分が浸入し難くなるので、ＡＤ変換基板、電池、無線機および中継基板が水分に起因して故障することを防止できると共に、故障あるいは消耗した構成要素の交換作業を容易に行うことができる。
【0007】
また、本発明は、前記無線計測モジュールと、前記無線計測モジュールと無線で通信する受信機と、前記受信機と通信可能に接続されている計算機と、を備え、前記受信機と前記計算機は移動体に搭載されており、前記移動体と前記無線計測モジュールとの距離が所定距離以下になった場合、前記無線機が前記デジタルデータを前記受信機に送信する状態量計測システムである。
かかる構成によれば、山岳トンネルなどの電波が届きにくい環境に無線計測モジュールが配置されていても、受信機を搭載した移動体を無線計測モジュールに近づけることができる。このため、受信機はすべての無線計測モジュールと通信できる。
かかる構成によれば、山岳トンネルなどの電波が届きにくい環境に無線計測モジュールが配置されていても、受信機を搭載した移動体を無線計測モジュールに近づけることができる。このため、受信機はすべての無線計測モジュールと通信できる。
【0008】
また、前記計算機は不揮発性の記憶部を備えることが好ましい。
かかる構成によれば、移動体に搭載されている電源の供給が無くなったとしても、計算機が受信機から取得したデータ、つまり、受信機が無線計測モジュールから取得したデジタルデータの消失を防止できる。
かかる構成によれば、移動体に搭載されている電源の供給が無くなったとしても、計算機が受信機から取得したデータ、つまり、受信機が無線計測モジュールから取得したデジタルデータの消失を防止できる。
【0009】
また、前記ＡＤ変換基板は、前記中継基板からの制御信号に従い間欠動作をするとともに、前記計算機は、第１期間内に収集された前記アナログデータの集合が変換された前記デジタルデータの集合に対して、所定数のデジタルデータを用いて前記状態量の移動平均値を計算する処理、前記デジタルデータの集合のうち所定期間内に収集されたデジタルデータを用いて前記状態量の平均値を計算する処理、および、前記第１期間の検出開始タイミングから前記第１期間中の第１タイミングまでの第２期間内に収集された前記デジタルデータを破棄する処理のうち少なくとも１つの処理をすることが好ましい。
かかる構成によれば、デジタルデータの信頼性を向上できるため、構造体の状態量の計測精度を向上できる。ＡＤ変換基板として安価なＡＦＥ基板を用いる場合、収集したアナログデータにある程度のばらつきがあり動作の初期変動が大きいことが確認されている。ＡＦＥ基板が間欠動作をした場合にはなおさらである。ＡＥＦ基板が常時動作した場合には動作の初期変動の影響を排除できるが、電池の消耗が著しいので好ましい手法ではない。本発明によれば、計算機が動作の初期変動を低減または除去させる処理を行うため、間欠動作であってもデジタルデータの信頼性を向上でき、構造体の状態量の計測精度を向上できる。
かかる構成によれば、デジタルデータの信頼性を向上できるため、構造体の状態量の計測精度を向上できる。ＡＤ変換基板として安価なＡＦＥ基板を用いる場合、収集したアナログデータにある程度のばらつきがあり動作の初期変動が大きいことが確認されている。ＡＦＥ基板が間欠動作をした場合にはなおさらである。ＡＥＦ基板が常時動作した場合には動作の初期変動の影響を排除できるが、電池の消耗が著しいので好ましい手法ではない。本発明によれば、計算機が動作の初期変動を低減または除去させる処理を行うため、間欠動作であってもデジタルデータの信頼性を向上でき、構造体の状態量の計測精度を向上できる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、構造体の状態量を計測する際の修理コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
【0013】
＜第１実施形態＞
［構成］
図１に示すように、第１実施形態の状態量計測システムは、複数の送信機１０と、受信機２０と、ルータ３０と、パソコン４０とを備えている。
送信機１０は、山岳トンネルなどにおいて覆工や支保工等の構造体の状態量を計測する無線計測モジュールである。状態量は、例えば、構造体のひずみ量であるが、これに限定されず、変位、速度、加速度、土圧、水圧、傾斜角度などでもよい。送信機１０は、構造体自体または構造体の付近に適宜配置されている。送信機１０の各々は、構造体の任意の１箇所に固定されるセンサ１１を備えており、当該箇所の状態量を計測できる。センサ１１は、例えば、ひずみゲージセンサであるが、これに限定されない。センサ１１は、配線１７により送信機１０の本体（ボックス１２）と電気的に接続している。送信機１０は、受信機２０との無線通信により、状態量を示すデータを受信機２０に送信できる。
受信機２０は、送信機１０の各々からのデータを受信する機器である。受信機２０は、送信機１０の各々と通信可能な距離をとる位置に固定して配置できる（固定通信方式）。受信機２０は、例えば、最大２００台の送信機１０と通信し、送信機１０の各々から受信したデータを記憶できる。なお、送信機１０と受信機２０の無線通信の搬送波において、複数の周波数を用意することができ、例えば、送信機１０が受信機２０との通信に用いる搬送波の周波数を７種類用意でき、受信機２０は最大７台の送信機１０と同時に無線通信できる。また、無線通信の不具合を考慮して、受信機２０のメモリ（図示略）は、例えば、１００件のデータを記憶できる。
ルータ３０は、受信機２０と通信可能に接続されている中継機器である。ルータ３０は、パソコン４０との無線通信により、受信機２０が記憶するデータをパソコン４０に送信できる。
パソコン４０は、ルータ３０から受信したデータを処理する計算機である。パソコン４０は、入力部、出力部、制御部、および、記憶部といったハードウェアを備える。例えば、制御部がＣＰＵ（Central Processing Unit）から構成される場合、その制御部を含むコンピュータによる情報処理は、ＣＰＵによるプログラム実行処理で実現される。また、そのコンピュータに含まれる記憶部は、ＣＰＵの指令により、そのコンピュータの機能を実現するためのさまざまなプログラムを記憶する。これによりソフトウェアとハードウェアの協働が実現される。前記プログラムは、記録媒体に記録したり、ネットワークを経由したりすることで提供可能となる。出力部は、画面表示をする表示部の機能を含めてもよい。
［構成］
図１に示すように、第１実施形態の状態量計測システムは、複数の送信機１０と、受信機２０と、ルータ３０と、パソコン４０とを備えている。
送信機１０は、山岳トンネルなどにおいて覆工や支保工等の構造体の状態量を計測する無線計測モジュールである。状態量は、例えば、構造体のひずみ量であるが、これに限定されず、変位、速度、加速度、土圧、水圧、傾斜角度などでもよい。送信機１０は、構造体自体または構造体の付近に適宜配置されている。送信機１０の各々は、構造体の任意の１箇所に固定されるセンサ１１を備えており、当該箇所の状態量を計測できる。センサ１１は、例えば、ひずみゲージセンサであるが、これに限定されない。センサ１１は、配線１７により送信機１０の本体（ボックス１２）と電気的に接続している。送信機１０は、受信機２０との無線通信により、状態量を示すデータを受信機２０に送信できる。
受信機２０は、送信機１０の各々からのデータを受信する機器である。受信機２０は、送信機１０の各々と通信可能な距離をとる位置に固定して配置できる（固定通信方式）。受信機２０は、例えば、最大２００台の送信機１０と通信し、送信機１０の各々から受信したデータを記憶できる。なお、送信機１０と受信機２０の無線通信の搬送波において、複数の周波数を用意することができ、例えば、送信機１０が受信機２０との通信に用いる搬送波の周波数を７種類用意でき、受信機２０は最大７台の送信機１０と同時に無線通信できる。また、無線通信の不具合を考慮して、受信機２０のメモリ（図示略）は、例えば、１００件のデータを記憶できる。
ルータ３０は、受信機２０と通信可能に接続されている中継機器である。ルータ３０は、パソコン４０との無線通信により、受信機２０が記憶するデータをパソコン４０に送信できる。
パソコン４０は、ルータ３０から受信したデータを処理する計算機である。パソコン４０は、入力部、出力部、制御部、および、記憶部といったハードウェアを備える。例えば、制御部がＣＰＵ（Central Processing Unit）から構成される場合、その制御部を含むコンピュータによる情報処理は、ＣＰＵによるプログラム実行処理で実現される。また、そのコンピュータに含まれる記憶部は、ＣＰＵの指令により、そのコンピュータの機能を実現するためのさまざまなプログラムを記憶する。これによりソフトウェアとハードウェアの協働が実現される。前記プログラムは、記録媒体に記録したり、ネットワークを経由したりすることで提供可能となる。出力部は、画面表示をする表示部の機能を含めてもよい。
【0014】
図２に示すように、送信機１０は、センサ１１（図２では図示略）と、ボックス１２と、ＡＦＥ（アナログ・フロント・エンド）基板１３と、電池１４と、無線機１５と、中継基板１６とを備えている。
ボックス１２は、送信機１０の筐体である。ボックス１２は、基部１２１と、蓋部１２２とを備えている。基部１２１は、ＡＦＥ基板１３と、電池１４と、無線機１５と、中継基板１６を収容できる。蓋部１２２は、ボックス１２の上部を構成する部位である。蓋部１２２は、ヒンジ等（図示略）で基部１２１と連結しており、基部１２１に対して開閉可能である。
例えば、基部１２１は、高さ調整部材（図示略）を用いて、ＡＦＥ基板１３と、無線機１５と、中継基板１６の各々の高さ位置を調整できる。また、基部１２１の上縁部には孔部１２１ａが形成されている。孔部１２１ａは、センサ１１とＡＦＥ基板１３とを接続する配線１７を挿通させることができる。図示は省略するが、孔部１２１ａに止水用のシール材を設けてもよい。
ボックス１２は、送信機１０の筐体である。ボックス１２は、基部１２１と、蓋部１２２とを備えている。基部１２１は、ＡＦＥ基板１３と、電池１４と、無線機１５と、中継基板１６を収容できる。蓋部１２２は、ボックス１２の上部を構成する部位である。蓋部１２２は、ヒンジ等（図示略）で基部１２１と連結しており、基部１２１に対して開閉可能である。
例えば、基部１２１は、高さ調整部材（図示略）を用いて、ＡＦＥ基板１３と、無線機１５と、中継基板１６の各々の高さ位置を調整できる。また、基部１２１の上縁部には孔部１２１ａが形成されている。孔部１２１ａは、センサ１１とＡＦＥ基板１３とを接続する配線１７を挿通させることができる。図示は省略するが、孔部１２１ａに止水用のシール材を設けてもよい。
【0015】
ＡＦＥ基板１３は、センサ１１が検出した状態量のデータ、つまり、アナログデータをデジタルデータに変換する回路が搭載されているＡＤ変換基板である。ＡＦＥ基板１３は、アナログデータを増幅する機能を有する。ＡＦＥ基板１３は、ソケット１３１を備える。ソケット１３１は、中継基板１６のソケット１６１と着脱可能に連結し、ＡＦＥ基板１３と中継基板１６を電気的に接続する部材である。
電池１４は、ＡＦＥ基板１３と、無線機１５と、中継基板１６に電力を供給する。電池１４は、ソケット１４１を備える。ソケット１４１は、中継基板１６のソケット１６２と着脱可能に連結し、電池１４と中継基板１６を電気的に接続する部材である。
無線機１５は、受信機２０との無線通信用のＩＣチップが搭載された基板である。無線機１５は、ソケット１５１を備える。ソケット１５１は、中継基板１６のソケット１６３と着脱可能に連結し、無線機１５と中継基板１６を電気的に接続する部材である。
中継基板１６は、ＡＦＥ基板１３と無線機１５を制御する回路が搭載されている基板である。中継基板１６は、ソケット１６１，１６２，１６３を備える。例えば、中継基板１６は、送信機１０の動作のピッチ、センサ１１による計測のピッチ、計測数、無線機１５によるデータの送信ピッチなどを決定したり、データを記憶したりできる。
電池１４は、ＡＦＥ基板１３と、無線機１５と、中継基板１６に電力を供給する。電池１４は、ソケット１４１を備える。ソケット１４１は、中継基板１６のソケット１６２と着脱可能に連結し、電池１４と中継基板１６を電気的に接続する部材である。
無線機１５は、受信機２０との無線通信用のＩＣチップが搭載された基板である。無線機１５は、ソケット１５１を備える。ソケット１５１は、中継基板１６のソケット１６３と着脱可能に連結し、無線機１５と中継基板１６を電気的に接続する部材である。
中継基板１６は、ＡＦＥ基板１３と無線機１５を制御する回路が搭載されている基板である。中継基板１６は、ソケット１６１，１６２，１６３を備える。例えば、中継基板１６は、送信機１０の動作のピッチ、センサ１１による計測のピッチ、計測数、無線機１５によるデータの送信ピッチなどを決定したり、データを記憶したりできる。
【0016】
［動作］
送信機１０は、中継基板１６の制御に従い、間欠動作をする。送信機１０の起動中、センサ１１は、所定タイミングごとに対象の構造体のひずみ量をアナログデータとして検出する。ここで、電池１４は、センサ１１の検出動作時にのみセンサ１１に電力を供給でき、電力消費を低減できる。ＡＦＥ基板１３は、センサ１１により検出されたアナログデータを増幅し、デジタルデータに変換する。無線機１５は、デジタルデータを無線通信で受信機２０に送信する。受信機２０は、送信機１０の各々から受信したデジタルデータを記憶しており、所定のタイミングでルータ３０を経由してデジタルデータをパソコン４０に送信する。パソコン４０は、デジタルデータを処理して構造体のひずみ量を解析する。
送信機１０は、中継基板１６の制御に従い、間欠動作をする。送信機１０の起動中、センサ１１は、所定タイミングごとに対象の構造体のひずみ量をアナログデータとして検出する。ここで、電池１４は、センサ１１の検出動作時にのみセンサ１１に電力を供給でき、電力消費を低減できる。ＡＦＥ基板１３は、センサ１１により検出されたアナログデータを増幅し、デジタルデータに変換する。無線機１５は、デジタルデータを無線通信で受信機２０に送信する。受信機２０は、送信機１０の各々から受信したデジタルデータを記憶しており、所定のタイミングでルータ３０を経由してデジタルデータをパソコン４０に送信する。パソコン４０は、デジタルデータを処理して構造体のひずみ量を解析する。
【0017】
（部品交換）
送信機１０において、ＡＦＥ基板１３が故障した場合、作業員は、ボックス１２の蓋部１２２を開け、ＡＦＥ基板１３のソケット１３１を中継基板１６のソケット１６１から引き抜き、故障したＡＦＥ基板１３を取り外すことができる。その後、新品のＡＦＥ基板１３のソケット１３１を中継基板１６のソケット１６１に連結できる。このように、故障したＡＦＥ基板１３を中継基板１６から分離できるため、ＡＦＥ基板１３のみを交換できる。
また、電池１４が故障または消耗した場合、作業員は、ボックス１２の蓋部１２２を開け、電池１４のソケット１４１を中継基板１６のソケット１６２から引き抜き、故障等した電池１４を取り外すことができる。その後、新品の電池１４のソケット１４１を中継基板１６のソケット１６２に連結できる。このように、故障等した電池１４を中継基板１６から分離できるため、電池１４のみを交換できる。
また、無線機１５が故障した場合、作業員は、ボックス１２の蓋部１２２を開け、無線機１５のソケット１５１を中継基板１６のソケット１６３から引き抜き、故障した無線機１５を取り外すことができる。その後、新品の無線機１５のソケット１５１を中継基板１６のソケット１６３に連結できる。このように、故障した無線機１５を中継基板１６から分離できるため、無線機１５のみを交換できる。
また、中継基板１６が故障した場合、作業員は、ボックス１２の蓋部１２２を開け、中継基板１６のソケット１６１～１６３の各々をソケット１３１，１４１，１５１から引き抜き、故障した中継基板１６を取り外すことができる。その後、新品の中継基板１６のソケット１６１～１６３の各々をソケット１３１，１４１，１５１に連結できる。このように、故障した中継基板１６をＡＦＥ基板１３と、電池１４と、無線機１５から分離できるため、中継基板１６のみを交換できる。
送信機１０において、ＡＦＥ基板１３が故障した場合、作業員は、ボックス１２の蓋部１２２を開け、ＡＦＥ基板１３のソケット１３１を中継基板１６のソケット１６１から引き抜き、故障したＡＦＥ基板１３を取り外すことができる。その後、新品のＡＦＥ基板１３のソケット１３１を中継基板１６のソケット１６１に連結できる。このように、故障したＡＦＥ基板１３を中継基板１６から分離できるため、ＡＦＥ基板１３のみを交換できる。
また、電池１４が故障または消耗した場合、作業員は、ボックス１２の蓋部１２２を開け、電池１４のソケット１４１を中継基板１６のソケット１６２から引き抜き、故障等した電池１４を取り外すことができる。その後、新品の電池１４のソケット１４１を中継基板１６のソケット１６２に連結できる。このように、故障等した電池１４を中継基板１６から分離できるため、電池１４のみを交換できる。
また、無線機１５が故障した場合、作業員は、ボックス１２の蓋部１２２を開け、無線機１５のソケット１５１を中継基板１６のソケット１６３から引き抜き、故障した無線機１５を取り外すことができる。その後、新品の無線機１５のソケット１５１を中継基板１６のソケット１６３に連結できる。このように、故障した無線機１５を中継基板１６から分離できるため、無線機１５のみを交換できる。
また、中継基板１６が故障した場合、作業員は、ボックス１２の蓋部１２２を開け、中継基板１６のソケット１６１～１６３の各々をソケット１３１，１４１，１５１から引き抜き、故障した中継基板１６を取り外すことができる。その後、新品の中継基板１６のソケット１６１～１６３の各々をソケット１３１，１４１，１５１に連結できる。このように、故障した中継基板１６をＡＦＥ基板１３と、電池１４と、無線機１５から分離できるため、中継基板１６のみを交換できる。
【0018】
上記のように、ＡＦＥ基板１３、電池１４、無線機１５および中継基板１６のうち少なくとも１つが故障してもＡＦＥ基板１３、電池１４、無線機１５および中継基板１６のすべてを交換する必要がない。よって、送信機１０の修理コストを低減できる。
また、従来では、ひずみ量のアナログデータをデジタルデータに変換するデータロガーが高価であったため、無線計測モジュールの修理コストがかさんでいた。第１実施形態によれば、データロガーよりも安価なＡＦＥ基板１３を用いるため、ＡＦＥ基板１３の故障に対し、送信機１０の修理コストを低減できる。
また、従来では、ひずみ量のアナログデータをデジタルデータに変換するデータロガーが高価であったため、無線計測モジュールの修理コストがかさんでいた。第１実施形態によれば、データロガーよりも安価なＡＦＥ基板１３を用いるため、ＡＦＥ基板１３の故障に対し、送信機１０の修理コストを低減できる。
【0019】
（防水性）
ＡＦＥ基板１３と、電池１４と、無線機１５と、中継基板１６は、ボックス１２の基部１２１に収容されている。また、センサ１１とＡＦＥ基板１３を接続する配線１７は、孔部１２１ａに挿通されている。よって、ボックス１２の蓋部１２２を閉じることで、ボックス１２内に水分が浸入し難くなるので、ＡＦＥ基板１３、電池１４、無線機１５および中継基板１６が水分に起因して故障することを防止できる。また、例えば、孔部１２１ａと配線１７との隙間をパッキンやシール材で充填したり、孔部１２１ａの孔径と配線１７の直径を一致させたりすることにより、蓋部１２２を閉じたボックス１２の内部への水分の浸入を確実に防止できる。
ＡＦＥ基板１３と、電池１４と、無線機１５と、中継基板１６は、ボックス１２の基部１２１に収容されている。また、センサ１１とＡＦＥ基板１３を接続する配線１７は、孔部１２１ａに挿通されている。よって、ボックス１２の蓋部１２２を閉じることで、ボックス１２内に水分が浸入し難くなるので、ＡＦＥ基板１３、電池１４、無線機１５および中継基板１６が水分に起因して故障することを防止できる。また、例えば、孔部１２１ａと配線１７との隙間をパッキンやシール材で充填したり、孔部１２１ａの孔径と配線１７の直径を一致させたりすることにより、蓋部１２２を閉じたボックス１２の内部への水分の浸入を確実に防止できる。
【0020】
（無線治具）
受信機２０は、送信機１０の識別子を記憶しており、送信機１０ごとのデジタルデータを記憶できる。受信機２０が故障した場合、新品の受信機２０に交換して送信機１０との通信を行うことになるが、従来では、交換した受信機２０に対して、すべての送信機１０に対する設定情報を再登録する必要があり、煩雑であるという問題があった。なお、設定情報は、例えば、送信機１０のＩＤ、動作ピッチ、計測ピッチ、測定回数、送信ピッチ、無線チャンネル、時計を含むことができるが、これらに限定されない。
そこで、無線治具を用いて、すべての送信機１０の設定情報を更新する手法を導入するとよい。無線治具は、例えば、タブレット端末とすることができるがこれに限定されない。例えば、作業員は無線治具を用いて、交換した受信機２０と無線通信し、すべての送信機１０の設定情報を更新する。なお、例えば、パソコン４０は送信機１０の設定情報を記憶しており、無線治具はパソコン４０から設定情報を取得できる。無線治具を用いて受信機２０と通信することで、受信機２０の故障に対するメンテナンス作業を簡略化できる。
受信機２０は、送信機１０の識別子を記憶しており、送信機１０ごとのデジタルデータを記憶できる。受信機２０が故障した場合、新品の受信機２０に交換して送信機１０との通信を行うことになるが、従来では、交換した受信機２０に対して、すべての送信機１０に対する設定情報を再登録する必要があり、煩雑であるという問題があった。なお、設定情報は、例えば、送信機１０のＩＤ、動作ピッチ、計測ピッチ、測定回数、送信ピッチ、無線チャンネル、時計を含むことができるが、これらに限定されない。
そこで、無線治具を用いて、すべての送信機１０の設定情報を更新する手法を導入するとよい。無線治具は、例えば、タブレット端末とすることができるがこれに限定されない。例えば、作業員は無線治具を用いて、交換した受信機２０と無線通信し、すべての送信機１０の設定情報を更新する。なお、例えば、パソコン４０は送信機１０の設定情報を記憶しており、無線治具はパソコン４０から設定情報を取得できる。無線治具を用いて受信機２０と通信することで、受信機２０の故障に対するメンテナンス作業を簡略化できる。
【0021】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の説明の際、第１実施形態との相違点について主に説明し、重複点についての説明は省略する。
［構成］
図３に示すように、第２実施形態の状態量計測システムは、第１実施形態の送信機１０、受信機２０、ルータ３０、パソコン４０に加え、さらにノートパソコン５０を備えている。また、受信機２０およびノートパソコン５０は、移動体６０に搭載されている。また、受信機２０およびノートパソコン５０は、例えばＬＡＮケーブルで通信可能に接続されている。
ノートパソコン５０は、受信機２０から受信したデータを処理する計算機である。ノートパソコン５０は、パソコン４０と同様、入力部、出力部、制御部、および、記憶部といったハードウェアを備える。
移動体６０は、例えば、バッテリーカーや工事用車両であるが、これに限定されない。
第２実施形態の説明の際、第１実施形態との相違点について主に説明し、重複点についての説明は省略する。
［構成］
図３に示すように、第２実施形態の状態量計測システムは、第１実施形態の送信機１０、受信機２０、ルータ３０、パソコン４０に加え、さらにノートパソコン５０を備えている。また、受信機２０およびノートパソコン５０は、移動体６０に搭載されている。また、受信機２０およびノートパソコン５０は、例えばＬＡＮケーブルで通信可能に接続されている。
ノートパソコン５０は、受信機２０から受信したデータを処理する計算機である。ノートパソコン５０は、パソコン４０と同様、入力部、出力部、制御部、および、記憶部といったハードウェアを備える。
移動体６０は、例えば、バッテリーカーや工事用車両であるが、これに限定されない。
【0022】
［動作］
移動体６０は、山岳トンネルなどの電波が届きにくい環境に配置されている送信機１０に近づくことができる。よって、移動体６０に搭載されている受信機２０は、送信機１０と通信可能になる所定距離以下にまで送信機１０に近づくことができ、すべての送信機１０と確実に通信できる（移動通信方式）。送信機１０の動作や、送信機１０と受信機２０とのやり取りは第１実施形態と同じである。また、第２実施形態のような移動通信方式では、受信機２０は、同時に通信可能な送信機１０の数や、蓄積しているデータの件数に基づいて通信用のスロットを割り当て、送信機１０と確実に通信できるように設定できる。
なお、送信機１０は、通常は停止しており、受信機２０が所定距離以下にまで送信機１０に近づいたことをトリガとして起動し、ひずみ等の状態量の検出の動作を行うようにしてもよい。これにより、送信機１０の電力消費をより低減できる。
移動体６０は、山岳トンネルなどの電波が届きにくい環境に配置されている送信機１０に近づくことができる。よって、移動体６０に搭載されている受信機２０は、送信機１０と通信可能になる所定距離以下にまで送信機１０に近づくことができ、すべての送信機１０と確実に通信できる（移動通信方式）。送信機１０の動作や、送信機１０と受信機２０とのやり取りは第１実施形態と同じである。また、第２実施形態のような移動通信方式では、受信機２０は、同時に通信可能な送信機１０の数や、蓄積しているデータの件数に基づいて通信用のスロットを割り当て、送信機１０と確実に通信できるように設定できる。
なお、送信機１０は、通常は停止しており、受信機２０が所定距離以下にまで送信機１０に近づいたことをトリガとして起動し、ひずみ等の状態量の検出の動作を行うようにしてもよい。これにより、送信機１０の電力消費をより低減できる。
【0023】
受信機２０は、送信機１０の各々から受信したデジタルデータを記憶しており、所定のタイミングでデジタルデータをノートパソコン５０に送信する。ノートパソコン５０は、デジタルデータを処理して構造体の状態量を解析できる。ここで、ノートパソコン５０の記憶部は、不揮発性の記憶部とすることができる。これにより、移動体６０に搭載されている電源の供給が無くなり、ノートパソコン５０が強制終了したとしても、ノートパソコン５０が受信機２０から取得したデジタルデータの消失を防止できる。また、ノートパソコン５０は、パソコン４０との無線通信により、受信機２０から受信したデジタルデータや、当該データの処理結果（ひずみ量の解析結果など）をパソコン４０に送信できる。
【0024】
（計測方法）
ＡＦＥ基板１３は安価であるが、センサ１１から収集したアナログデータにある程度のばらつきがあり動作の初期変動が大きいことが確認されている。ＡＦＥ基板１３が間欠動作をした場合にはなおさらである。ＡＥＦ基板１３が常時動作をした場合には動作の初期変動の影響を排除できるが、電池１４の消耗が著しいので好ましい手法ではない。そこで、ノートパソコン５０は、受信機２０から受信したデジタルデータに対して、動作の初期変動を低減または除去させる処理を行うことができる。当該処理は、送信機１０ごとに行われる。
ＡＦＥ基板１３は安価であるが、センサ１１から収集したアナログデータにある程度のばらつきがあり動作の初期変動が大きいことが確認されている。ＡＦＥ基板１３が間欠動作をした場合にはなおさらである。ＡＥＦ基板１３が常時動作をした場合には動作の初期変動の影響を排除できるが、電池１４の消耗が著しいので好ましい手法ではない。そこで、ノートパソコン５０は、受信機２０から受信したデジタルデータに対して、動作の初期変動を低減または除去させる処理を行うことができる。当該処理は、送信機１０ごとに行われる。
【0025】
例えば、ノートパソコン５０は、第１期間Ｔ１内に収集されたアナログデータの集合（データ数Ｎ１）が変換されたデジタルデータの集合（データ数Ｎ１）に対して、所定数（Ｎ１よりも小さい数）のデジタルデータを用いてひずみ量の移動平均値を計算する処理（第１処理）を実行できる。第１期間Ｔ１は、送信機１０の間欠動作の各動作期間全体とすることができる。また、例えば、収集されるアナログデータのサンプリング間隔は一定（Ｔ１／Ｎ１）であり、第１期間よりも十分に短いとする。第１処理により、時系列に並んでいるデジタルデータが平滑化される。例えば、２０以上のデジタルデータを用いた移動平均をとると、ひずみ量のばらつきを１／１０程度に低減できる。
また、例えば、ノートパソコン５０は、デジタルデータの集合のうち所定期間Ｔ３（第１期間Ｔ１よりも短い）内に収集されたデジタルデータを用いてひずみ量の平均値を計算する処理（第２処理）を実行できる。ばらつきの大きなデジタルデータは、ある一定の周期で分布することが確認されている。よって、例えば、ノートパソコン５０は、デジタルデータの分布から最大周期を上記所定期間Ｔ３として特定し、特定した最大周期内のデジタルデータを平均化できる。第２処理により、第１処理で対応できないほどばらつきが大きなデジタルデータに対しても、ばらつきを低減できる。
また、例えば、ノートパソコン５０は、第１期間Ｔ１の検出開始タイミングから第１期間中の第１タイミングまでの第２期間Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）内に収集されたデジタルデータを破棄する処理（第３処理）を実行できる。第２期間Ｔ２は、送信機１０の起動から初期変動が落ち着くまでの期間とすることができる。
また、例えば、ノートパソコン５０は、デジタルデータの集合のうち所定期間Ｔ３（第１期間Ｔ１よりも短い）内に収集されたデジタルデータを用いてひずみ量の平均値を計算する処理（第２処理）を実行できる。ばらつきの大きなデジタルデータは、ある一定の周期で分布することが確認されている。よって、例えば、ノートパソコン５０は、デジタルデータの分布から最大周期を上記所定期間Ｔ３として特定し、特定した最大周期内のデジタルデータを平均化できる。第２処理により、第１処理で対応できないほどばらつきが大きなデジタルデータに対しても、ばらつきを低減できる。
また、例えば、ノートパソコン５０は、第１期間Ｔ１の検出開始タイミングから第１期間中の第１タイミングまでの第２期間Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）内に収集されたデジタルデータを破棄する処理（第３処理）を実行できる。第２期間Ｔ２は、送信機１０の起動から初期変動が落ち着くまでの期間とすることができる。
【0026】
第１～第３処理により、ノートパソコン５０は、送信機１０の動作の初期変動を低減または除去させる処理を行うため、間欠動作であってもデジタルデータの信頼性を向上でき、構造体のひずみ量の計測精度を向上できる。その結果、デジタルデータの信頼性を向上でき、構造体のひずみ量の計測精度を向上できる。
なお、第１実施形態においては、パソコン４０が上記第１～第３処理を実行できる。
なお、第１実施形態においては、パソコン４０が上記第１～第３処理を実行できる。
【0027】
［変形例］
（ａ）：ＡＦＥ基板１３は、ＡＤ変換基板の一例であり、他の種類のＡＤ変換基板を用いてもよい。
（ｂ）：センサ１１とＡＦＥ基板１３とをソケットで連結し、電気的に接続できるようにしてもよい。これにより、センサ１１が故障した場合、故障したセンサ１１をＡＦＥ基板１３から取り外すことができる。その後、新品のセンサ１１をＡＦＥ基板１３にソケットで接続できる。このように故障したセンサ１１をＡＦＥ基板１３から分離できるため、センサ１１のみを交換できる。ＡＦＥ基板１３が故障した場合についても同様である。また、１枚のＡＦＥ基板１３に対して複数のセンサ１１が電気的に接続してもよい。この場合、複数のセンサ１１の一部または全部がＡＦＥ基板１３とソケットで連結し、電気的に接続できるようにしてもよい。
（ｃ）：孔部１２１ａは、ボックス１２の壁部の任意の位置に設けることができる。
（ｄ）：送信機１０は、間欠動作をしてもよいが、特に規則性のない動的な動作をしてもよい。
（ｅ）：第２実施形態は、ＡＦＥ基板１３で変換されたデジタルデータに対して、ノートパソコン５０が第１～第３処理を行うものであった。しかし、例えば、デジタルデータの一部または全部に対して、中継基板１６が第１～第３処理を行い、第１～第３処理の処理結果を送信機１０から受信機２０を中継してノートパソコン５０に送信するようにしてもよい。
（ｆ）：第１実施形態のパソコン４０、や第２実施形態のパソコン４０、ノートパソコン５０などの計算機が行う処理や、処理結果の記憶は、仮想化技術が用いられるクラウドサービス（例；ＩａａＳ（Infrastructure as a Service））や、ハイパーバイザを備えたサーバーの処理、記憶などとして実現してもよい。
（ａ）：ＡＦＥ基板１３は、ＡＤ変換基板の一例であり、他の種類のＡＤ変換基板を用いてもよい。
（ｂ）：センサ１１とＡＦＥ基板１３とをソケットで連結し、電気的に接続できるようにしてもよい。これにより、センサ１１が故障した場合、故障したセンサ１１をＡＦＥ基板１３から取り外すことができる。その後、新品のセンサ１１をＡＦＥ基板１３にソケットで接続できる。このように故障したセンサ１１をＡＦＥ基板１３から分離できるため、センサ１１のみを交換できる。ＡＦＥ基板１３が故障した場合についても同様である。また、１枚のＡＦＥ基板１３に対して複数のセンサ１１が電気的に接続してもよい。この場合、複数のセンサ１１の一部または全部がＡＦＥ基板１３とソケットで連結し、電気的に接続できるようにしてもよい。
（ｃ）：孔部１２１ａは、ボックス１２の壁部の任意の位置に設けることができる。
（ｄ）：送信機１０は、間欠動作をしてもよいが、特に規則性のない動的な動作をしてもよい。
（ｅ）：第２実施形態は、ＡＦＥ基板１３で変換されたデジタルデータに対して、ノートパソコン５０が第１～第３処理を行うものであった。しかし、例えば、デジタルデータの一部または全部に対して、中継基板１６が第１～第３処理を行い、第１～第３処理の処理結果を送信機１０から受信機２０を中継してノートパソコン５０に送信するようにしてもよい。
（ｆ）：第１実施形態のパソコン４０、や第２実施形態のパソコン４０、ノートパソコン５０などの計算機が行う処理や、処理結果の記憶は、仮想化技術が用いられるクラウドサービス（例；ＩａａＳ（Infrastructure as a Service））や、ハイパーバイザを備えたサーバーの処理、記憶などとして実現してもよい。
【0028】
（ｇ）：本実施形態で説明した種々の技術を適宜組み合わせた技術を実現することもできる。
（ｈ）：本実施形態で説明したソフトウェアをハードウェアとして実現することもでき、ハードウェアをソフトウェアとして実現することもできる。
（ｉ）：その他、本発明の構成要素について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
（ｈ）：本実施形態で説明したソフトウェアをハードウェアとして実現することもでき、ハードウェアをソフトウェアとして実現することもできる。
（ｉ）：その他、本発明の構成要素について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【0029】
１０ 送信機（無線計測モジュール）
１１ センサ
１２ ボックス
１３ ＡＦＥ基板（ＡＤ変換基板）
１４ 電池
１５ 無線機
１６ 中継基板
１７ 配線
２０ 受信機
３０ ルータ
４０ パソコン
５０ ノートパソコン
６０ 移動体
１２１ 基部
１２１ａ 孔部
１２２ 蓋部
１３１，１４１，１５１，１６１，１６２，１６３ ソケット
１１ センサ
１２ ボックス
１３ ＡＦＥ基板（ＡＤ変換基板）
１４ 電池
１５ 無線機
１６ 中継基板
１７ 配線
２０ 受信機
３０ ルータ
４０ パソコン
５０ ノートパソコン
６０ 移動体
１２１ 基部
１２１ａ 孔部
１２２ 蓋部
１３１，１４１，１５１，１６１，１６２，１６３ ソケット
【図1】
【図2】
【図3】