特開 2023-36477 亀裂監視センサ

(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】P2023036477

(43)【公開日】2023-03-14

(54)【発明の名称】亀裂監視センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/20 20060101AFI20230307BHJP

【ＦＩ】

G01N27/20 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021143548

(22)【出願日】2021-09-02

(71)【出願人】

【識別番号】501091006

【氏名又は名称】株式会社東設土木コンサルタント

(71)【出願人】

【識別番号】503209526

【氏名又は名称】株式会社セロリ

(71)【出願人】

【識別番号】517320048

【氏名又は名称】株式会社ケーウェイズ

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】山内 優

(72)【発明者】

【氏名】恩知 憲正

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 哲哉

(72)【発明者】

【氏名】諸田 健一

【テーマコード（参考）】

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G060AA14

2G060AE04

2G060AF07

2G060AG09

2G060EA06

2G060EB05

2G060JA05

2G060KA11

(57)【要約】

【課題】構造物の表面の亀裂を挟んだ２つの観測点の少なくとも２方向の変位を検出することができる亀裂監視センサを提供する。
【解決手段】本発明にかかる亀裂監視センサ１００は、所定の構造物１０２の表面１０４の亀裂１０６を挟んだ２つの観測点の位置の変位を検出する亀裂監視センサであって、亀裂の一方の観測点Ｄに固定される計測用ネジ１１６と、亀裂の他方の観測点Ｅ、Ｆに固定されていて、計測用ネジまで延びるアーム１０８と、アームに固定された複数の隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０と、計測用ネジ１１６および複数の隙間調整ネジに電気的に接続されたＩＣタグ１１０と、を備え、複数の隙間調整ネジは、計測用ネジに対して異なる方向に所定の間隔をおいて配置されていて、ＩＣタグは、計測用ネジといずれかの隙間調整ネジとが導通していることを示す応答を所定のリーダー１１４に送信することを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の構造物の表面の亀裂を挟んだ２つの観測点の位置の変位を検出する亀裂監視センサであって、
亀裂の一方の観測点に固定される固定端子と、
亀裂の他方の観測点に固定されていて、前記固定端子まで延びるアームと、
前記アームに固定された複数の検出用端子と、
前記固定端子および前記複数の検出用端子に電気的に接続されたＩＣタグと、を備え、
前記複数の検出用端子は、前記固定端子に対して異なる方向に所定の間隔をおいて配置されていて、
前記ＩＣタグは、前記固定端子といずれかの前記検出用端子とが導通していることを示す応答を所定のリーダーに送信することを特徴とする亀裂監視センサ。

【請求項2】

前記検出用端子はネジであって、所定の間隔を調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の亀裂監視センサ。

【請求項3】

前記異なる方向とは、２つの観測点が離接する方向、２つの観測点が構造物の表面と平行な方向にずれる方向、２つの観測点が構造物の表面の法線方向にずれる方向の少なくとも２つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の亀裂監視センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、所定の構造物の表面の亀裂を挟んだ２つの観測点の位置の変位を検出する亀裂監視センサに関する。

【背景技術】

【0002】

一例として道路や鉄道トンネルなどのコンクリートの構造物は、コンクリートの劣化や周辺地盤の偏圧などにより表面に亀裂が発生する場合がある。このような亀裂を放置すると、コンクリート構造物の変形・破壊が進行し、構造物の一部が浮き上がって剥落し通行車両や人身に損傷を与えるなどの事態が生じるため、亀裂周辺コンクリートの動きの変化を監視する必要がある。

【0003】

特許文献１には、コンクリートなどの構造物の亀裂測定を行うための構造物亀裂検知センサが記載されている。この構造物亀裂検知センサは、分岐電極と、共通電極と、スライド手段とを備える。

【0004】

分岐電極と共通電極は、構造物に少なくとも２点で固着し、この固着された点にそれぞれ固定されている。分岐電極は、複数の導電体を有する。複数の導電体は、電気絶縁体上に一定の間隔で電気的に独立した状態で平行配列されている。共通電極は、分岐電極の導電体と順次重なり合う電気的接触構造を有する。スライド手段は、分岐電極と共通電極とを相対的に移動させる。さらに構造物亀裂検知センサは、分岐電極と共通電極との接触位置が分岐電極と共通電極との相対移動距離に従って順次変化するように構成されている。

【0005】

特許文献１では、亀裂幅の増減に応じて、分岐電極と共通電極との重なり位置が変わり、その結果、分岐電極を構成する複数の導電体のうち共通電極と導通する導電体の数または位置が変化し、その数または位置を電圧計等の表示器に表示させることにより、亀裂幅を測定することができる、としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４－１０２１１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１の構造物亀裂検知センサは、構造物の表面の亀裂を挟んだ２つの観測点に電極（端子）を固定し、さらに分岐電極を櫛歯状の端子とすることにより、２つの観測点の変位量を段階的に測定できる。しかし特許文献１のセンサでは、２つの観測点の一方向の変位すなわち亀裂方向の変位しか検知することができない。なお亀裂方向とは、２つの観測点が構造物の表面と平行な方向にずれる方向である。

【0008】

しかも、構造物の亀裂周辺を補修すべきか否かおよびどのように補修すべきかは、２つの観測点が浮き上がりや横ずれを含みどの方向に変位しているかを検知することが重要であり、特許文献１のセンサのように２つの観測点の一方向のみの細かな変位量を検知するだけでは不十分である。

【0009】

本発明は、このような課題に鑑み、構造物の表面の亀裂を挟んだ２つの観測点の少なくとも２方向の変位を検出することができる亀裂監視センサを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明にかかる亀裂監視センサの代表的な構成は、所定の構造物の表面の亀裂を挟んだ２つの観測点の位置の変位を検出する亀裂監視センサであって、亀裂の一方の観測点に固定される固定端子と、亀裂の他方の観測点に固定されていて、固定端子まで延びるアームと、アームに固定された複数の検出用端子と、固定端子および複数の検出用端子に電気的に接続されたＩＣタグと、を備え、複数の検出用端子は、固定端子に対して異なる方向に所定の間隔をおいて配置されていて、ＩＣタグは、固定端子といずれかの検出用端子とが導通していることを示す応答を所定のリーダーに送信することを特徴とする。

【0011】

上記構成では、アームは、亀裂の他方の観測点に固定され、さらに亀裂の一方の観測点に固定された固定端子まで延びて、所定の構造物の表面の亀裂を挟んだ２つの観測点を跨いでいる。またアームには、固定端子に対して異なる方向すなわち少なくとも２方向に所定の間隔をおいて配置された複数の検出用端子が固定されている。このため、複数の検出用端子のうちいずれかの検出用端子と固定端子とが接触した場合、２つの観測点の位置は、固定端子と接触した検出用端子が配置された方向に沿って所定の間隔以上に変位したことになる。さらに、固定端子および複数の検出用端子は、ＩＣタグに電気的に接続されている。なおＩＣタグは、所定のリーダーからの電磁波を受けて発電するパッシブＩＣタグである。

【0012】

したがって上記構成によれば、固定端子といずれかの検出用端子とが接触すると、この検出用端子と固定端子とが導通していることを示す応答を、ＩＣタグが所定のリーダーに送信するため、構造物の表面の亀裂を挟んだ２つの観測点の少なくとも２方向の変位を検出することができる。

【0013】

上記の検出用端子はネジであって、所定の間隔を調整可能であるとよい。

【0014】

このように、検出用端子と固定端子との間隔を検出用端子によって調整できるため、２つの観測点の位置がどの程度変位したら、検出用端子と固定端子が接触するかを適宜設定することができる。そして、調整した所定の間隔を、亀裂を補修すべきか否かを判定する閾値として設定することで、適切なタイミングで補修作業を行うことができる。

【0015】

上記の異なる方向とは、２つの観測点が離接する方向、２つの観測点が構造物の表面と平行な方向にずれる方向、２つの観測点が構造物の表面の法線方向にずれる方向の少なくとも２つを含むとよい。

【0016】

これにより、構造物の表面の亀裂を挟んだ２つの観測点について、２つの観測点が離接する方向の変位、２つの観測点が構造物の表面と平行な方向にずれる方向の変位、２つの観測点が構造物の表面の法線方向にずれる方向の変位を検出することができる。このため、亀裂周辺のコンクリートを補修すべきか否かを、より適切に判定することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、構造物の表面の亀裂を挟んだ２つの観測点の少なくとも２方向の変位を検出することができる亀裂監視センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態における亀裂監視センサを所定の構造物に適用した状態を概略的に示す図である。

【図2】図１（ｂ）の亀裂監視センサの全体構成図である。

【図3】ＩＣタグおよび隙間ゲージを説明する図である。

【図4】本発明の他の実施形態における亀裂監視センサを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0020】

図１は、本発明の実施形態における亀裂監視センサ１００を所定の構造物１０２に適用した状態を概略的に示す図である。所定の構造物１０２としては、図１（ａ）に示すコンクリートの構造物である地下鉄のトンネルなどが挙げられる。

【0021】

コンクリートの構造物１０２は、コンクリートの劣化などにより表面に亀裂が発生する場合がある。このような亀裂を放置すると、主に内部の鉄筋が腐蝕して膨張することによって亀裂が進行し、構造物１０２の一部が剥落するなどの事態が生じる可能性がある。そのため、構造物１０２の表面に発生した亀裂の変化を監視する必要がある。

【0022】

亀裂監視センサ１００は、図１（ａ）に示す構造物１０２の領域Ａなど複数の箇所に設置されている。図１（ｂ）は、構造物１０２の領域Ａを詳細に示す図であり、構造物１０２の表面１０４に発生した亀裂１０６と、亀裂監視センサ１００とを示している。

【0023】

亀裂監視センサ１００は、構造物１０２の表面１０４の亀裂１０６を挟んだ２つの観測点（後述）の位置の変位を検出するセンサであり、図１（ｂ）に示すように亀裂１０６を跨いだアーム１０８と、ＩＣタグ１１０とを備える。ＩＣタグ１１０は、パッシブＩＣタグであって、図１（ａ）に示す電車などの移動体１１２に搭載されたリーダー１１４からの電磁波を受けて応答する。

【0024】

図２は、図１（ｂ）の亀裂監視センサ１００の全体構成図である。亀裂監視センサ１００は、上記のアーム１０８およびＩＣタグ１１０に加え、計測用ネジ１１６と、固定ネジ１１８、１２０と、図２（ａ）に示す複数（ここでは５つ）の隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０とを備える。

【0025】

計測用ネジ１１６は、構造物１０２の表面１０４に発生した亀裂１０６の一方の観測点Ｄ（図２（ｂ）参照）に固定される固定端子（電極）である。固定ネジ１１８、１２０は、亀裂１０６の他方の観測点Ｅ、Ｆに位置していて、アーム１０８を観測点Ｅ、Ｆに固定する。

【0026】

アーム１０８は、亀裂１０６の他方の観測点Ｅ、Ｆに固定され、その先端部１３２が亀裂１０６の一方の観測点Ｄに固定された計測用ネジ１１６まで延びて、亀裂１０６を跨ぐように配置されている。なお構造物１０２の表面１０４の亀裂１０６を挟んだ２つの観測点とは、観測点Ｄ、Ｅまたは観測点Ｄ、Ｆのいずれであってもよい。

【0027】

アーム１０８の先端部１３２は、図２（ｂ）に示すように下方が開放された箱状になっている。箱状の先端部１３２の各壁面には、計測用ネジ１１６に対して異なる方向から所定の間隔をおいて検出用端子（電極）である隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０が取り付けられている。

【0028】

隙間調整ネジ１２２、１２４は、その長手方向が２つの観測点Ｄ、Ｅが離接する方向になるように配置されている。２つの観測点Ｄ、Ｅが離接する方向とは、図２（ａ）に示すように２つの観測点Ｄ、Ｅが離れる方向すなわち亀裂１０６が開く方向（矢印Ｇ参照）と、２つの観測点Ｄ、Ｅが接近する方向すなわち亀裂１０６が閉じる方向（矢印Ｈ、Ｉ参照）とを含む。

【0029】

また、隙間調整ネジ１２６、１２８は、その長手方向が亀裂方向になるように配置されている。亀裂方向とは、２つの観測点Ｄ、Ｅが構造物１０２の表面１０４と平行な方向にずれる方向（矢印Ｊ、Ｋ参照）である。さらに隙間調整ネジ１３０は、その長手方向が２つの観測点Ｄ、Ｅが構造物１０２の表面１０４の法線方向にずれる方向（矢印Ｌ参照）になるように配置されている。

【0030】

このため、複数の隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０のうちいずれかの隙間調整ネジと計測用ネジ１１６とが接触した場合、２つの観測点Ｄ、Ｅの位置は、計測用ネジ１１６と接触した１つの隙間調整ネジが配置された方向に沿って所定の間隔以上に変位したことになる。

【0031】

またＩＣタグ１１０は、計測用ネジ１１６および複数の隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０に電気的に接続されている。具体的には、ＩＣタグ１１０のグランド（共通）が、図２（ｂ）に示すように配線１３４を介して計測用ネジ１１６に電気的に接続されている。またＩＣタグ１１０は、配線１３６、１３８を介して隙間調整ネジ１２２、１２４にそれぞれ電気的に接続されている。さらにＩＣタグは、配線１４０、１４２（図３（ａ）参照）を介して隙間調整ネジ１２６、１２８にそれぞれ電気的に接続されている。図２（ｂ）に示すようにＩＣタグ１１０は、配線１４４を介して隙間調整ネジ１３０に電気的に接続されている。

【0032】

図３は、ＩＣタグ１１０および隙間ゲージ１４６を説明する図である。ＩＣタグ１１０は、図３（ａ）に示すように基材１４８と、基材１４８に積層されたアンテナ１５０と、アンテナ１５０に接続されたＩＣチップ１５２を有する。ＩＣチップ１５２には、複数の隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０に接続された５つの配線１３６、１３８、１４０、１４２、１４４がそれぞれ接続されている。

【0033】

これにより、ＩＣタグ１１０は、図１（ａ）に示す移動体１１２に搭載されたリーダー１１４が接近すると、リーダー１１４からの電磁波を受けて発電し、さらに複数の隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０のうちいずれかの隙間調整ネジと計測用ネジ１１６とが導通していることを示す応答を、ＩＣチップ１５２からアンテナ１５０を介してリーダー１１４に送信することができる。

【0034】

したがって亀裂監視センサ１００では、構造物１０２の表面１０４の亀裂１０６を挟んだ２つの観測点Ｄ、Ｅについて３つの方向の変位、すなわち２つの観測点Ｄ、Ｅが離接する方向の変位、２つの観測点Ｄ、Ｅが構造物１０２の表面１０４と平行な方向にずれる方向の変位、２つの観測点Ｄ、Ｅが構造物１０２の表面１０４の法線方向にずれる方向の変位をそれぞれ検出することができる。

【0035】

さらに亀裂監視センサ１００では、リーダー１１４に送信された２つの観測点Ｄ、Ｅの位置の変位の検出結果に基づいて、亀裂１０６を補修すべきか否かを、より適切に判定することができる。例えば、移動体１１２を始発列車とし、これにリーダー１１４を搭載した場合、亀裂１０６の状態を日々確認することができる。

【0036】

また複数の隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０は、ネジを回転させるだけで、計測用ネジ１１６に対する所定の間隔を調整可能である。この所定の間隔を調整する際、計測用ネジ１１６と隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０との間に図３（ｂ）に示す隙間ゲージ１４６を挟んだ状態でネジを閉めることにより、所望の隙間を得ることができる。なお各隙間ゲージ１４６は、すべて厚さが異なっていて、一例として、厚さ０．０４ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０７ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．３０ｍｍにそれぞれ設定されている。

【0037】

このように亀裂監視センサ１００では、隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０と計測用ネジ１１６との間隔を、隙間ゲージ１４６と隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０によって調整できる。このため、２つの観測点Ｄ、Ｅの位置がどの程度変位したら、隙間調整ネジ１２２、１２４、１２６、１２８、１３０と計測用ネジ１１６が接触するかを適宜設定することができる。そして、調整した所定の間隔を、亀裂１０６を補修すべきか否かを判定する閾値として設定することで、適切なタイミングで補修作業を行うことができる。

【0038】

図４は、本発明の他の実施形態における亀裂監視センサ１００Ａを説明する図である。亀裂監視センサ１００Ａは、アーム１０８Ａと、計測用ネジ１１６Ａと、２つの隙間調整ネジ１２２Ａ、１２４Ａと、図２に示すＩＣタグ１１０を備える。

【0039】

アーム１０８Ａは、図４（ａ）に示すように構造物１０２の表面１０４に発生した亀裂１０６の他方の観測点Ｅ、Ｆに固定ネジ１１８、１２０で固定されている。さらにアーム１０８Ａは、亀裂１０６の一方の観測点Ｄに固定された計測用ネジ１１６Ａまで延びて、亀裂１０６を跨ぐように配置されている。

【0040】

計測用ネジ１１６Ａは、アーム１０８Ａの貫通孔１５４を貫通して、亀裂１０６の一方の観測点Ｄに固定されている。また、計測用ネジ１１６Ａと貫通孔１５４の間には間隙が設定されていて、計測用ネジ１１６Ａは、アーム１０８Ａには固定されていない。

【0041】

隙間調整ネジ１２２Ａ、１２４Ａは、アーム１０８Ａに取り付けられた台座１５６、１５８にそれぞれ固定されている。また隙間調整ネジ１２２Ａ、１２４Ａは、その長手方向が２つの観測点Ｄ、Ｅが離接する方向すなわち亀裂１０６が開いたり閉じたりする方向（矢印Ｇ、Ｈ、Ｉ参照）になるように配置されている。さらに隙間調整ネジ１２２Ａ、１２４Ａは、計測用ネジ１１６に対して２つの観測点Ｄ、Ｅが離接する方向から所定の間隔をおいて台座１５６、１５８に固定されている。

【0042】

このため、隙間調整ネジ１２２Ａ、１２４Ａのうちいずれかの隙間調整ネジと計測用ネジ１１６Ａとが接触した場合、２つの観測点Ｄ、Ｅの位置は、計測用ネジ１１６Ａと接触した１つの隙間調整ネジが配置された方向に沿って所定の間隔以上に変位したことになる。

【0043】

またＩＣタグ１１０は、計測用ネジ１１６Ａおよび隙間調整ネジ１２２Ａ、１２４Ａに電気的に接続されている。このため、ＩＣタグ１１０は、図１（ａ）に示す移動体１１２に搭載されたリーダー１１４が接近すると、リーダー１１４からの電磁波を受けて発電し、さらに隙間調整ネジ１２２Ａ、１２４Ａのうちいずれかの隙間調整ネジと計測用ネジ１１６Ａとが導通していることを示す応答を、ＩＣチップ１５２からアンテナ１５０を介してリーダー１１４に送信することができる。

【0044】

したがって亀裂監視センサ１００Ａでは、構造物１０２の表面１０４の亀裂１０６を挟んだ２つの観測点Ｄ、Ｅについて、２つの観測点Ｄ、Ｅが離接する方向の変位を検出することができる。さらに、リーダー１１４に送信された２つの観測点Ｄ、Ｅの位置の変位の検出結果に基づいて、亀裂１０６を補修すべきか否かを判定することができる。

【0045】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、所定の構造物の表面の亀裂を挟んだ２つの観測点の位置の変位を検出する亀裂監視センサとして利用することができる。

【符号の説明】

【0047】

１００、１００Ａ…亀裂監視センサ、１０２…構造物、１０４…構造物の表面、１０６…亀裂、１０８、１０８Ａ…アーム、１１０…ＩＣタグ、１１２…移動体、１１４…リーダー、１１６、１１６Ａ…計測用ネジ、１１８、１２０…固定ネジ、１２２、１２２Ａ、１２４、１２４Ａ、１２６、１２８、１３０…隙間調整ネジ、１３２…アームの先端部、１３４、１３６、１３８、１４０、１４２、１４４…配線、１４６…隙間ゲージ、１４８…基材、１５０…アンテナ、１５２…ＩＣチップ、１５４…貫通孔、１５６、１５８…台座

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】