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公開番号2025014676
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2023117433
出願日2023-07-19
発明の名称センサ端末シート及び構造物評価システム
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類G01N 29/14 20060101AFI20250123BHJP(測定;試験)
要約【課題】センサ数の増加に伴う配線数の増加を抑制することができるセンサ端末シート及び構造物評価システムを提供することである。
【解決手段】実施形態のセンサ端末シートは、複数のセンサ端末と、配線バスとを持つ。複数のセンサ端末は、センサと、検知部と、通信部とを持つ。センサは、弾性波を検出する。検知部は、前記センサで検出された弾性波に基づいて前記弾性波の特徴量を抽出する。通信部は、前記検知部によって抽出された前記弾性波の特徴量をシリアル通信により送信する。配線バスは、前記複数のセンサ端末間を接続する。前記複数のセンサ端末は、シート状の基板に所定の間隔で配列され、前記配線バスとともにフィルムでラミネートした積層構造を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
弾性波を検出するセンサと、
前記センサで検出された弾性波に基づいて前記弾性波の特徴量を抽出する検知部と、
前記検知部によって抽出された前記弾性波の特徴量をシリアル通信により送信する通信部と、
を備える複数のセンサ端末と、
前記複数のセンサ端末間を接続する配線バスと、
を備え、
前記複数のセンサ端末は、シート状の基板に所定の間隔で配列され、前記配線バスとともにフィルムでラミネートした積層構造を有するセンサ端末シート。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記複数のセンサ端末のうちいずれか１つのセンサ端末をマスタ端末とし、前記マスタ端末となったセンサ端末の検出部は、前記弾性波の到達時刻を決定し、決定した前記弾性波の到達時刻の情報を含む参照パルス信号を、前記マスタ端末以外のセンサ端末に前記配線バスを介して出力する、
請求項１に記載のセンサ端末シート。
【請求項３】
前記マスタ端末以外のセンサ端末が備える前記検知部は、さらに、
自装置で検出した弾性波の到達タイミングを表す立ち上がり時刻と、前記参照パルス信号に含まれる前記弾性波の到達時刻の情報で示される時刻との時刻差に基づいて前記弾性波の到達時刻を算出する、
請求項２に記載のセンサ端末シート。
【請求項４】
前記複数のセンサ端末それぞれが備える前記通信部は、前記検知部で抽出した前記弾性波の特徴量と、前記弾性波の到達時刻に関する情報とを中継装置を介して外部の装置に送信する、
請求項３に記載のセンサ端末シート。
【請求項５】
前記積層構造として、剥離フィルム、粘着層、ベース層、導電層、絶縁層及び保護層から構成され、前記導電層は１又は複数の層で構成される、
請求項１又は２に記載のセンサ端末シート。
【請求項６】
前記粘着層及び前記ベース層の音響インピーダンスは、前記複数のセンサ端末が設置される構造物の音響インピーダンスと整合している、
請求項５に記載のセンサ端末シート。
【請求項７】
前記複数のセンサ端末は、前記シート状の基板に１次元又は２次元に配置される、
請求項１又は２に記載のセンサ端末シート。
【請求項８】
前記複数のセンサ端末それぞれが備える前記センサは、圧電型ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサ又は圧電型フィルムタイプセンサである、
請求項１又は２に記載のセンサ端末シート。
【請求項９】
前記複数のセンサ端末それぞれが備える前記センサのうち一部は、共振周波数の異なる、
請求項１又は２に記載のセンサ端末シート。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の前記センサ端末シートと、
少なくとも前記センサ端末シートにより得られた前記弾性波の特徴量を含む送信データを前記センサ端末シートから前記シリアル通信により受信し、受信した前記送信データを転送する１以上の中継装置と、
前記１以上の中継装置から転送された前記送信データに基づいて前記センサ端末シートが設置されている構造物の劣化状態を評価する構造物評価装置と、
を備える構造物評価システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、センサ端末シート及び構造物評価システムに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、インフラ構造物の老朽化が社会課題になっており、人手に頼っている従来の維持管理が困難となっている。こうした課題への対策として、ＡＥ（Acoustic Emission）センサを用いた構造ヘルスモニタリングが注目されている。ＡＥとは、材料に外力が加わって変形や破壊が発生した際に起こる超音波帯の弾性波である。構造物に複数のＡＥセンサを設置すると、センサの位置情報及び各センサに到達したＡＥの時間差に基づいてＡＥの発生源の位置を標定することができる。これにより、構造物内部の変形や破壊が発生した位置を推定し、構造物の健全性診断及び効率的な維持管理が可能になる。
【０００３】
従来用いられている有線のＡＥセンサでは、多数のセンサを設置するため施工性や配線の取り回しに難点があった。特に高所及び大型構造物モニタリングの場合、ＡＥセンサの設置や取り外し及び配線に大きな労力を要する。そのため、維持管理コストが上昇する要因となる。センサの設置及び取り外しを簡便にする手段としては、センサアレイと接着シートを一体化する構成が有効であるが、センサ出力はアナログであるためセンサ数が増えると配線数が比例して増加してしまう問題点があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
国立研究開発法人産業技術総合研究所大日本印刷株式会社、“橋梁のひずみ分布をモニタリングできるセンサーシートを開発”, [online], [令和５年６月２８日検索],インターネット<URL: https://www.dnp.co.jp/news/detail/1187697_1587.html>
小林健、他４名“フレキシブル面パターンセンサによる橋梁センシングシステムの開発”, P.20-23, [online], [令和５年６月２８日検索],インターネット<URL: https://www.nedo.go.jp/content/100888002.pdf >
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、センサ数の増加に伴う配線数の増加を抑制することができるセンサ端末シート及び構造物評価システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のセンサ端末シートは、複数のセンサ端末と、配線バスとを持つ。複数のセンサ端末は、センサと、検知部と、通信部とを持つ。センサは、弾性波を検出する。検知部は、前記センサで検出された弾性波に基づいて前記弾性波の特徴量を抽出する。通信部は、前記検知部によって抽出された前記弾性波の特徴量をシリアル通信により送信する。配線バスは、前記複数のセンサ端末間を接続する。前記複数のセンサ端末は、シート状の基板に所定の間隔で配列され、前記配線バスとともにフィルムでラミネートした積層構造を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
実施形態のセンサ端末シートのシステム構成を示す図。
実施形態における配線バスの構成例を示す図。
実施形態における配線バスの構成例を示す図。
実施形態におけるセンサ端末の構成例を示す図。
実施形態における構造物評価システムの構成例を示す図。
実施形態における構造物評価装置の構成例を示す図。
変形例におけるセンサ端末シートの配置の一例を示す図。
変形例におけるセンサ端末の配置の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態のセンサ端末シート及び構造物評価システムを、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、実施形態のセンサ端末シート１０のシステム構成を示す図である。センサ端末シート１０は、橋梁等の構造物に接着可能なシートである。以下の説明では、構造物が橋梁である場合を例に説明するが、構造物は橋梁に限定される必要はない。構造物は、亀裂の発生または進展、あるいは外的衝撃（例えば雨、人工雨など）に伴い弾性波が発生する構造物であればどのようなものであってもよい。なお、橋梁は、河川や渓谷等の上に架設される構造物に限らず、地面よりも上方に設けられる種々の構造物（例えば高速道路の高架橋）なども含む。
【００１０】
センサ端末シート１０は、基板１５と、複数のセンサ端末２０－１～２０－ｎ（ｎは２以上の整数）と、配線バス３０とで構成される。基板１５は、平たいテープ状のフレキシブル基板である。基板１５は、フレキシブルであるため、センサ端末シート１０を曲面の構造物にも貼り付けることができる。センサ端末シート１０は、リール等に巻くことができるため、運搬しやすく、ドローン等の移動体に搭載しやすいメリットもある。複数のセンサ端末２０－１～２０－ｎと、配線バス３０は、基板１５上に配置される。例えば、複数のセンサ端末２０－１～２０－ｎは、所定の間隔で基板１５上に配置される。センサ端末シート１０は、複数のセンサ端末２０－１～２０－ｎと、配線バス３０とをフィルムでラミネートした積層構造を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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