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JP7739364B2 - Sensor terminal sheet and structural evaluation system - Google Patents
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JP7739364B2 - Sensor terminal sheet and structural evaluation system - Google Patents

Sensor terminal sheet and structural evaluation system

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Description

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。 Embodiments of the present invention relate to a sensor terminal sheet and a structure evaluation system.

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。 In recent years, the aging of infrastructure structures has become a societal issue, making traditional manual maintenance difficult. Structural health monitoring using AE (Acoustic Emission) sensors has attracted attention as a solution to this issue. AE is an ultrasonic wave that occurs when an external force is applied to a material, causing deformation or damage. By installing multiple AE sensors on a structure, the location of the AE source can be determined based on the sensor's position information and the time difference between the AE waves reaching each sensor. This makes it possible to estimate the location of deformation or damage within the structure, enabling health diagnosis and efficient maintenance of the structure.

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。 Conventionally used wired AE sensors require the installation of a large number of sensors, which presents challenges in terms of installation and wiring management. Particularly when monitoring high-altitude and large structures, installing, removing, and wiring AE sensors requires a great deal of effort. This contributes to increased maintenance costs. One effective way to simplify sensor installation and removal is to integrate the sensor array with an adhesive sheet, but because the sensor output is analog, there is a problem in that the amount of wiring increases proportionally as the number of sensors increases.

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>National Research and Development Agency, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Dai Nippon Printing Co., Ltd., “Development of a sensor sheet capable of monitoring strain distribution in bridges,” [online], [Retrieved June 28, 2023], Internet <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 >Ken Kobayashi and four others, "Development of a Bridge Sensing System Using Flexible Surface Pattern Sensors," pp. 20-23, [online], [Retrieved June 28, 2023], Internet <URL: https://www.nedo.go.jp/content/100888002.pdf >

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。 The problem that this invention aims to solve is to provide a sensor terminal sheet and structure evaluation system that can suppress the increase in the amount of wiring that accompanies an increase in the number of sensors.

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。 The sensor terminal sheet of this embodiment has multiple sensor terminals and a wiring bus. The multiple sensor terminals each have a sensor, a detection unit, and a communication unit. The sensor detects elastic waves. The detection unit extracts features of the elastic waves based on the elastic waves detected by the sensor. The communication unit transmits the features of the elastic waves extracted by the detection unit via serial communication. The wiring bus connects the multiple sensor terminals. The multiple sensor terminals are arranged at predetermined intervals on a sheet-like substrate and have a layered structure in which the sensor terminals and the wiring bus are laminated with a film.

実施形態のセンサ端末シートのシステム構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a sensor terminal sheet according to an embodiment. 実施形態における配線バスの構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a wiring bus according to the embodiment. 実施形態における配線バスの構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a wiring bus according to the embodiment. 実施形態におけるセンサ端末の構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a sensor terminal according to the embodiment. 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。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a structure evaluation system according to an embodiment. 実施形態における構造物評価装置の構成例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a structure evaluation device according to an embodiment. 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。FIG. 10 is a diagram showing an example of the arrangement of a sensor terminal sheet in a modified example. 変形例におけるセンサ端末の配置の一例を示す図。FIG. 10 is a diagram showing an example of an arrangement of sensor terminals in a modified example.

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。 The sensor terminal sheet and structure evaluation system of the embodiment will be described below with reference to the drawings.

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。 Figure 1 shows the system configuration of a sensor terminal sheet 10 according to an embodiment. The sensor terminal sheet 10 is a sheet that can be adhered to a structure such as a bridge. In the following explanation, the structure is a bridge, but the structure does not have to be limited to bridges. The structure can be any structure that generates elastic waves due to the occurrence or progression of cracks or external impacts (e.g., rain, artificial rain, etc.). Note that bridges are not limited to structures built over rivers or valleys, but also include various structures built above ground level (e.g., highway viaducts).

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。 The sensor terminal sheet 10 is composed of a substrate 15, multiple sensor terminals 20-1 to 20-n (n is an integer greater than or equal to 2), and a wiring bus 30. The substrate 15 is a flat, tape-like flexible substrate. Because the substrate 15 is flexible, the sensor terminal sheet 10 can be attached to curved structures. The sensor terminal sheet 10 can be wound onto a reel or the like, making it easy to transport and mount on mobile objects such as drones. The multiple sensor terminals 20-1 to 20-n and the wiring bus 30 are arranged on the substrate 15. For example, the multiple sensor terminals 20-1 to 20-n are arranged on the substrate 15 at predetermined intervals. The sensor terminal sheet 10 has a laminated structure in which the multiple sensor terminals 20-1 to 20-n and the wiring bus 30 are laminated with a film.

センサ端末シート10は、積層構造として、剥離フィルム、粘着層、ベース層、導電層、絶縁層及び保護層などの複数の層を有する。なお、導電層は、複数の層であってもよい。センサ端末シート10は、粘着層により構造物上に取り付けられる。なお、構造物の内部で発生する弾性波を効率よくセンサに伝搬させるため、粘着層及びベース層の音響インピーダンスは構造物の音響インピーダンスと整合性がある材料を採用することが望ましい。例えば、ベースフィルムとしては、ポリイミド、PET、カプトンなどの絶縁性材料を使用してもよい。センサ端末シート10全体の厚みは数10um~数mmであることが望ましい。センサ端末シート10上のセンサ端末20の配置間隔は数cm~1mであることが望ましい。なお、各センサ端末20は配線バス30とデイジーチェーン状に接続しているため、センサ端末シート10は必要に好きな長さに切って使用することができる。 The sensor terminal sheet 10 has a laminated structure with multiple layers, including a release film, adhesive layer, base layer, conductive layer, insulating layer, and protective layer. The conductive layer may also have multiple layers. The sensor terminal sheet 10 is attached to a structure using an adhesive layer. To efficiently transmit elastic waves generated inside the structure to the sensors, it is desirable to use materials for the adhesive layer and base layer whose acoustic impedance matches the acoustic impedance of the structure. For example, insulating materials such as polyimide, PET, and Kapton may be used for the base film. The overall thickness of the sensor terminal sheet 10 is desirably several tens of microns to several millimeters. The spacing between the sensor terminals 20 on the sensor terminal sheet 10 is desirably several centimeters to 1 meter. Because each sensor terminal 20 is connected to the wiring bus 30 in a daisy chain configuration, the sensor terminal sheet 10 can be cut to any length needed.

センサ端末20-1~20-nは、センサ端末シート10が設置された構造物の内部で発生した弾性波を検出する検出機能と、検出した弾性波に関する情報を送信するための通信機能とを備える。実施形態におけるセンサ端末20-1~20-nは、シリアル通信を行う。 Sensor terminals 20-1 to 20-n have a detection function for detecting elastic waves generated inside the structure in which the sensor terminal sheet 10 is installed, and a communication function for transmitting information about the detected elastic waves. In this embodiment, sensor terminals 20-1 to 20-n perform serial communication.

配線バス30は、シリアル通信用のバスである。ここで、配線バス30の構成について図2及び図3を用いて具体的に説明する。図2及び図3は、実施形態における配線バス30の構成例を示す図である。図2では配線バス30が4本の配線L1~L4を有する構成を示し、図3では配線バス30が5本の配線L1~L5を有する構成を示している。図2に示す配線バス30は、データ信号SDA、クロック信号SCL、グランドGND及び電源Vccの4本の配線で構成される。Vcc配線を加えることで、センサにプリアンプ組込みが可能になる。図3に示す配線バス30は、SDA、SCL、GND及びVccに加えて、参照パルス信号REFの5本の配線で構成される。 The wiring bus 30 is a bus for serial communication. The configuration of the wiring bus 30 will now be described in detail using Figures 2 and 3. Figures 2 and 3 are diagrams showing an example configuration of the wiring bus 30 in an embodiment. Figure 2 shows a configuration in which the wiring bus 30 has four wires L1 to L4, while Figure 3 shows a configuration in which the wiring bus 30 has five wires L1 to L5. The wiring bus 30 shown in Figure 2 is composed of four wires: a data signal SDA, a clock signal SCL, ground GND, and a power supply Vcc. Adding a Vcc wire makes it possible to incorporate a preamplifier into the sensor. The wiring bus 30 shown in Figure 3 is composed of five wires: SDA, SCL, GND, Vcc, and a reference pulse signal REF.

図4は、実施形態におけるセンサ端末20の構成例を示す図である。センサ端末20は、センサ21と、検知部22と、通信部23とを備える。 Figure 4 is a diagram showing an example configuration of a sensor terminal 20 in an embodiment. The sensor terminal 20 includes a sensor 21, a detection unit 22, and a communication unit 23.

センサ21は、センサ端末シート10が設置された構造物の内部から発生した弾性波を検出する。センサ21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。センサ21として、圧電型MEMSセンサ又は圧電型フィルムタイプセンサ等の薄型センサを用いることで、センサ、センサ回路、保護フィルム及び接着シートの一体化実現が可能になる。さらに、センサ21は、圧電型を採用することで、センシングする際、センサ21への電源供給が不要となるため、センサ端末20の省電力化と簡易化が実現できる。剥離フィルムを剥がして構造物にセンサ端末シート10を貼り付けることで、センサ端末20設置の作業量を大幅に削減することができる。センサ21は、検出した弾性波を電気信号に変換して出力する。 The sensor 21 detects elastic waves generated from inside the structure on which the sensor terminal sheet 10 is installed. The sensor 21 is a piezoelectric MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor or a piezoelectric film-type sensor. Using a thin sensor such as a piezoelectric MEMS sensor or a piezoelectric film-type sensor as the sensor 21 makes it possible to integrate the sensor, sensor circuit, protective film, and adhesive sheet. Furthermore, by adopting a piezoelectric type sensor 21, a power supply to the sensor 21 is not required during sensing, thereby achieving power savings and simplification of the sensor terminal 20. By peeling off the release film and attaching the sensor terminal sheet 10 to the structure, the amount of work required to install the sensor terminal 20 can be significantly reduced. The sensor 21 converts the detected elastic waves into an electrical signal and outputs it.

検知部22は、センサ21で検出された弾性波に基づいて弾性波の特徴量を抽出する。さらに、検知部22は、センサ21に弾性波が到達した到達時刻を算出する。検知部22は、増幅器221と、フィルタ222と、AD変換器223と、信号処理部224とで構成される。 The detection unit 22 extracts features of the elastic waves based on the elastic waves detected by the sensor 21. Furthermore, the detection unit 22 calculates the arrival time of the elastic waves at the sensor 21. The detection unit 22 is composed of an amplifier 221, a filter 222, an AD converter 223, and a signal processing unit 224.

増幅器221は、センサ21から出力された電気信号を増幅する。増幅器221は、例えばAD変換器223において処理ができる程度に電気信号を増幅する。増幅器221は、増幅後の電気信号をフィルタ222に出力する。 The amplifier 221 amplifies the electrical signal output from the sensor 21. The amplifier 221 amplifies the electrical signal to a level that allows it to be processed, for example, by the AD converter 223. The amplifier 221 outputs the amplified electrical signal to the filter 222.

フィルタ222は、所定の帯域外のノイズ成分を除去する。フィルタ222は、例えばバンドパスフィルタ(BPF:Band Pass Filter)である。フィルタ222によりノイズが除去された電気信号は、AD変換器223に入力される。 The filter 222 removes noise components outside a specified band. The filter 222 is, for example, a band pass filter (BPF). The electrical signal from which noise has been removed by the filter 222 is input to the AD converter 223.

AD変換器223は、ノイズが除去された電気信号を量子化してデジタル信号に変換する。AD変換器223は、デジタル信号を信号処理部224に出力する。 The AD converter 223 quantizes the noise-removed electrical signal and converts it into a digital signal. The AD converter 223 outputs the digital signal to the signal processing unit 224.

信号処理部224は、AD変換器223から出力されたデジタル信号を入力とする。信号処理部224は、入力したデジタル信号に対して信号処理を行う。信号処理部224が行う信号処理は、例えば弾性波の特徴量の抽出及び弾性波の到達時刻の算出等である。信号処理部224は、信号処理により得られた弾性波の特徴量及び弾性波の到達時刻に関する情報を通信部23に出力する。信号処理部224は、信号処理により得られた弾性波の特徴量及び弾性波の到達時刻に関する情報を出力する際に、センサIDを対応付ける。センサIDは、センサ端末20を識別するための識別情報を表す。 The signal processing unit 224 receives the digital signal output from the AD converter 223 as input. The signal processing unit 224 performs signal processing on the input digital signal. The signal processing performed by the signal processing unit 224 includes, for example, extracting elastic wave features and calculating the arrival time of the elastic wave. The signal processing unit 224 outputs information relating to the elastic wave features and arrival time obtained by the signal processing to the communication unit 23. When outputting the information relating to the elastic wave features and arrival time obtained by the signal processing, the signal processing unit 224 associates a sensor ID with the information. The sensor ID represents identification information for identifying the sensor terminal 20.

信号処理部224は、アナログ回路又はデジタル回路を用いて構成される。なお、信号処理部224がアナログ回路で構成される場合、センサ21と信号処理部224との間にはAD変換器223が設けられなくてよい。すなわち、信号処理部224がアナログ回路で構成される場合、フィルタ222によりノイズが除去された電気信号が信号処理部224に入力される。デジタル回路は、例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)やマイクロコンピュータにより実現される。デジタル回路は、専用のLSI(Large-Scale Integration)により実現されてもよい。信号処理部224は、フラッシュメモリ等の不揮発メモリや、取り外し可能なメモリを搭載してもよい。以下の説明では、信号処理部224がデジタル回路を用いて構成される場合について説明する。 The signal processing unit 224 is configured using an analog circuit or a digital circuit. Note that if the signal processing unit 224 is configured using an analog circuit, the AD converter 223 does not need to be provided between the sensor 21 and the signal processing unit 224. In other words, if the signal processing unit 224 is configured using an analog circuit, an electrical signal from which noise has been removed by the filter 222 is input to the signal processing unit 224. The digital circuit is realized, for example, by an FPGA (Field Programmable Gate Array) or a microcomputer. The digital circuit may also be realized by a dedicated LSI (Large-Scale Integration). The signal processing unit 224 may be equipped with non-volatile memory such as flash memory, or removable memory. The following explanation will be given for the case where the signal processing unit 224 is configured using a digital circuit.

弾性波の特徴量は、例えば波形の振幅[mV]、波形の立ち上がり時間[usec]、ゲート信号の持続時間[usec]、ゼロクロスカウント数[times]、波形のエネルギー[arb.]、周波数[Hz]及びRMS(Root Mean Square:二乗平均平方根)値等である。波形の振幅は、例えばノイズ除去信号の中で最大振幅の値である。波形の立ち上がり時間は、例えばゲート信号の立ち上がり開始からノイズ除去信号が最大値に達するまでの時間T1である。ゲート信号の持続時間は、例えばゲート信号の立ち上がり開始から振幅が予め設定される値よりも小さくなるまでの時間である。ゼロクロスカウント数は、例えばゼロ値を通る基準線をノイズ除去信号が横切る回数である。 Feature quantities of elastic waves include, for example, the waveform amplitude [mV], waveform rise time [usec], gating signal duration [usec], zero-cross count number [times], waveform energy [arb.], frequency [Hz], and RMS (Root Mean Square) value. The waveform amplitude is, for example, the maximum amplitude value of the noise removal signal. The waveform rise time is, for example, the time T1 from when the gating signal starts to rise until the noise removal signal reaches its maximum value. The gating signal duration is, for example, the time from when the gating signal starts to rise until the amplitude becomes smaller than a predetermined value. The zero-cross count number is, for example, the number of times the noise removal signal crosses a reference line that passes through a zero value.

波形のエネルギーは、例えば各時点においてノイズ除去信号の振幅を二乗したものを時間積分した値である。なお、エネルギーの定義は、上記例に限定されず、例えば波形の包絡線を用いて近似されたものでもよい。周波数は、ノイズ除去信号の周波数である。RMS値は、例えば各時点においてノイズ除去信号の振幅を二乗して平方根により求めた値である。 The energy of the waveform is, for example, the value obtained by integrating over time the squared amplitude of the noise-removed signal at each point in time. Note that the definition of energy is not limited to the above example, and may be approximated using, for example, the envelope of the waveform. The frequency is the frequency of the noise-removed signal. The RMS value is, for example, the value obtained by squaring the amplitude of the noise-removed signal at each point in time and taking the square root.

通信部23は、他のセンサ端末20又は外部の装置との間でシリアル通信を行う。通信部23は、例えば検知部22によって抽出された弾性波の特徴量と、到達時刻に関する情報とをシリアル通信により外部の装置に送信する。センサ端末20がマスタ端末である場合、通信部23は自装置で得られた時刻に関する情報を、配線バス30を介して他のセンサ端末20に送信する。センサ端末20がマスタ端末以外である場合、通信部23はマスタ端末であるセンサ端末20から送信された時刻に関する情報を、配線バス30を介して受信する。通信部23は、クロック同期シリアル通信の一種であるI2C(Inter-Integrated Circuit)方式を採用する。I2Cとは、1本の信号線を使い1ビットずつ順番にデータを送信する通信方式である。センサ21の出力をデジタル処理してシリアル通信にすることでセンサ数の増大による配線数増加の課題を解決する。これにより、デバイス全体の省配線や省スペース化が容易に実現することができる。 The communication unit 23 performs serial communication with other sensor terminals 20 or external devices. The communication unit 23 transmits, for example, elastic wave feature values extracted by the detection unit 22 and information related to the arrival time to an external device via serial communication. If the sensor terminal 20 is a master terminal, the communication unit 23 transmits information related to the time obtained by the sensor terminal 20 itself to other sensor terminals 20 via the wiring bus 30. If the sensor terminal 20 is not a master terminal, the communication unit 23 receives information related to the time transmitted from the sensor terminal 20 that is the master terminal via the wiring bus 30. The communication unit 23 employs the I2C (Inter-Integrated Circuit) method, a type of clock-synchronized serial communication. I2C is a communication method that transmits data one bit at a time in sequence using a single signal line. Digitally processing the output of the sensor 21 for serial communication solves the problem of increased wiring due to an increase in the number of sensors. This easily reduces wiring and space requirements throughout the device.

各センサ端末20が備えるセンサ21により検出された弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を高精度に特定するためには、各センサ端末20に到達した弾性波の時間差を高精度に求める必要がある。センサ21の出力をデジタル処理してシリアル通信にすることで回線増加を回避できるが、位置標定に必要な時刻同期が難しくなる。時刻同期の方法として、2つの方法が考えられる。第1の方法は、外部の中継装置が、時刻に関する情報を含む参照信号を各センサ端末20に送信することによって時刻同期を行う方法である。第2の方法は、センサ端末シート10に備えられる複数のセンサ端末20のうちマスタ端末となるセンサ端末20の出力信号に基づいてマスタ端末以外のセンサ端末20が時刻同期を行う方法である。 In order to accurately determine the location of the source of elastic waves based on the elastic waves detected by the sensors 21 provided in each sensor terminal 20, it is necessary to accurately determine the time difference between the elastic waves arriving at each sensor terminal 20. Digitally processing the output of the sensor 21 for serial communication can avoid increasing the number of lines, but this makes the time synchronization required for positioning more difficult. There are two possible methods for time synchronization. The first method is a method in which an external relay device performs time synchronization by transmitting a reference signal containing information about the time to each sensor terminal 20. The second method is a method in which sensor terminals 20 other than the master terminal perform time synchronization based on the output signal of the sensor terminal 20 that is the master terminal among the multiple sensor terminals 20 provided on the sensor terminal sheet 10.

第1の方法は、配線バス30が図2に示す4本の配線を有する場合には実現することができる。第1の方法では、外部の中継装置が、時刻に関する情報を含む参照信号を各センサ端末20に送信し、各センサ端末20において参照信号を用いて、各センサ端末20の弾性波の到達時間差を求めることができる。しかしながら、弾性波の発生源や弾性波の発生タイミングは不明であるため、中継装置において参照信号を一定の時間間隔で送り続ける必要がある。そのため、システム全体の負荷が高くなってしまうことが考えられる。 The first method can be implemented when the wiring bus 30 has four wires as shown in Figure 2. In the first method, an external relay device transmits a reference signal containing time information to each sensor terminal 20, and each sensor terminal 20 can use the reference signal to determine the arrival time difference of the elastic waves at each sensor terminal 20. However, because the source of the elastic waves and the timing of their generation are unknown, the relay device must continue to send the reference signal at regular time intervals. This may result in a high load on the entire system.

第2の方法は、配線バス30が図3に示す5本の配線を有する場合には実現することができる。第2の方法では、複数のセンサ端末20の中から任意に1つのセンサ端末20(例えば、センサ端末20-1)を選んでマスタ端末として設定する。センサ端末20-1で検出した弾性波(例えばデジタル化した弾性波の振幅)を時刻情報に関する情報として、配線バス30の参照パルス信号REFを介して、マスタ端末以外のセンサ端末20に送信する。 The second method can be implemented when the wiring bus 30 has five wires as shown in Figure 3. In the second method, one sensor terminal 20 (e.g., sensor terminal 20-1) is arbitrarily selected from among the multiple sensor terminals 20 and set as the master terminal. The elastic waves detected by sensor terminal 20-1 (e.g., the amplitude of the digitized elastic waves) are transmitted as time information to the sensor terminals 20 other than the master terminal via the reference pulse signal REF on the wiring bus 30.

マスタ端末以外のセンサ端末20の信号処理部224は、検出した弾性波の到達タイミングを表す弾性波のヒットゲートの立ち上がり時刻と、時刻情報に関する情報(参照パルス信号)との時刻差に基づいて各センサ端末20の弾性波の到達時刻を算出する。時間差の計測は、2つのゲート信号の立ち上がりエッジ間隔をクロック数でカウントクロックして求めることができる。その他の時間差計測手法としては、2つゲート信号の時間差を、論理ゲートの伝播遅延に基づいて高精度に計測するTDC(Time-To-Digital Converter)を用いてもよい。TDCは複数段の論理ゲートを通過したスタートパルスと、ストップパルスの論理和をとり、出力の変化した遅延ゲート数と、ゲートあたりの遅延時間の積により、時間差を計測する方式である。ゲートあたりの遅延時間は例えば10ps程度のオーダーであり、高精度の時間差計測が可能である。 The signal processing unit 224 of each sensor terminal 20 other than the master terminal calculates the arrival time of the elastic wave at each sensor terminal 20 based on the time difference between the rising edge of the elastic wave hit gate, which indicates the arrival timing of the detected elastic wave, and information related to the time information (reference pulse signal). The time difference can be measured by counting the interval between the rising edges of two gate signals using clocks. Another time difference measurement method may be a TDC (Time-To-Digital Converter), which measures the time difference between two gate signals with high precision based on the propagation delay of the logic gates. The TDC calculates the time difference by taking the logical OR of the start pulse and stop pulse that have passed through multiple stages of logic gates, and calculating the time difference by multiplying the number of delay gates whose output has changed by the delay time per gate. The delay time per gate is, for example, on the order of 10 ps, allowing for highly accurate time difference measurement.

以上のように構成されたセンサ端末シート10によれば、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。具体的には、センサ端末シート10は、複数のセンサ端末20と、配線バス30とを備える。複数のセンサ端末20は、センサ21と、検知部22と、通信部23とを備える。センサ21は、弾性波を検出する。検知部22は、センサ21で検出された弾性波に基づいて弾性波の特徴量を抽出する。通信部23は、検知部22によって抽出された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31は、複数のセンサ端末20間を接続する。複数のセンサ端末20は、シート状の基板15に所定の間隔で配列され、配線バス30とともにフィルムでラミネートした積層構造を有する。このように、センサ端末シート10では、センサ端末20の出力をデジタル処理してシリアル通信で行う。これにより、センサ数の増加に伴う配線数の増加を抑制することが可能になる。さらに、デバイス全体の配線数を減らすことができ、センサ端末シート10の規模を小さくすることができる。 The sensor terminal sheet 10 configured as described above can suppress an increase in the number of wiring required as the number of sensors increases. Specifically, the sensor terminal sheet 10 includes multiple sensor terminals 20 and a wiring bus 30. Each of the multiple sensor terminals 20 includes a sensor 21, a detection unit 22, and a communication unit 23. The sensor 21 detects elastic waves. The detection unit 22 extracts elastic wave features based on the elastic waves detected by the sensor 21. The communication unit 23 transmits the elastic wave features extracted by the detection unit 22 via serial communication. The wiring bus 31 connects the multiple sensor terminals 20 together. The multiple sensor terminals 20 are arranged at predetermined intervals on a sheet-like substrate 15 and have a laminated structure in which the sensor terminals 20 and the wiring bus 30 are laminated with film. In this way, the sensor terminal sheet 10 digitally processes the output of the sensor terminals 20 and transmits it via serial communication. This suppresses an increase in the number of wiring required as the number of sensors increases. Furthermore, the number of wires in the entire device can be reduced, allowing for a smaller sensor terminal sheet 10.

さらに、センサ端末シート10は、複数のセンサ端末20と接着シートを一体化にすることによって、センサ設置を容易にすることができる。 Furthermore, the sensor terminal sheet 10 makes it easy to install sensors by integrating multiple sensor terminals 20 with an adhesive sheet.

(センサ端末シート10を用いたシステム)
次に、上述したセンサ端末シート10を用いた構造物評価システム100について説明する。図5は、実施形態における構造物評価システム100の構成例を示す図である。構造物評価システム100は、構造物の健全性の評価に用いられる。以下の説明において、評価とは、ある基準に基づいて構造物の健全性の度合い、すなわち構造物の劣化状態を決定することを意味する。
(System using the sensor terminal sheet 10)
Next, a structure evaluation system 100 using the above-described sensor terminal sheet 10 will be described. Fig. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the structure evaluation system 100 in an embodiment. The structure evaluation system 100 is used to evaluate the soundness of a structure. In the following description, evaluation means determining the degree of soundness of a structure, i.e., the state of deterioration of a structure, based on a certain criterion.

構造物の劣化状態の評価に影響を及ぼす損傷としては、例えば亀裂、空洞、土砂化等の弾性波11の伝搬を妨害する構造物内部の損傷がある。ここで、亀裂には、縦方向の亀裂、横方向の亀裂及び斜め方向の亀裂等が含まれる。縦方向の亀裂とは、路面に対して垂直な方向に生じている亀裂である。横方向の亀裂とは、路面に対して水平な方向に生じている亀裂である。斜め方向の亀裂とは、路面に対して水平及び垂直以外の方向に生じている亀裂である。土砂化とは、主にアスファルトとコンクリート床版の境界部でコンクリートが土砂状に変化する劣化である。 Damage that affects the assessment of a structure's deterioration state includes damage inside the structure that interferes with the propagation of elastic waves 11, such as cracks, cavities, and sedimentation. Here, cracks include vertical cracks, horizontal cracks, and diagonal cracks. Vertical cracks are cracks that occur in a direction perpendicular to the road surface. Horizontal cracks are cracks that occur horizontally to the road surface. Diagonal cracks are cracks that occur in a direction other than horizontal or vertical to the road surface. Sedimentation is deterioration in which concrete turns into sediment, mainly at the boundary between the asphalt and concrete deck.

構造物評価システム100は、複数のセンサ端末シート10-1~10-m(mは2以上の整数)と、複数の中継装置60-1~60-mと、構造物評価装置70とを備える。複数のセンサ端末シート10-1~10-mと、複数の中継装置60-1~60-mとは、コネクタ50-1~50-mを介して接続される。複数の中継装置60-1~60-mと、構造物評価装置70とは、無線により接続される。 The structure evaluation system 100 comprises multiple sensor terminal sheets 10-1 to 10-m (m is an integer greater than or equal to 2), multiple relay devices 60-1 to 60-m, and a structure evaluation device 70. The multiple sensor terminal sheets 10-1 to 10-m and the multiple relay devices 60-1 to 60-m are connected via connectors 50-1 to 50-m. The multiple relay devices 60-1 to 60-m and the structure evaluation device 70 are connected wirelessly.

各センサ端末20-1-1~20-1-nは、配線バス30-1を介して中継装置60-1とリンクする。各センサ端末20-m-1~20-m-nは、配線バス30-mを介して中継装置60-mとリンクする。各センサ端末20-1-1~20-1-n,20-m-1~20-m-nは、で抽出した弾性波の特徴量(少なくとも弾性波の振幅)と、弾性波の到達時刻に関する情報とを含む送信データをI2C通信により中継装置60-1~60-mに送信する。 Each sensor terminal 20-1-1 to 20-1-n is linked to relay device 60-1 via wiring bus 30-1. Each sensor terminal 20-m-1 to 20-m-n is linked to relay device 60-m via wiring bus 30-m. Each sensor terminal 20-1-1 to 20-1-n, 20-m-1 to 20-m-n transmits data containing the extracted elastic wave features (at least the elastic wave amplitude) and information regarding the elastic wave arrival time to relay devices 60-1 to 60-m via I2C communication.

中継装置60-1~60-mは、各センサ端末20-1-1~20-1-n,20-m-1~20-m-nから得られた送信データを無線通信により構造物評価装置70に転送する。中継装置60-1~60-mは、少なくとも第1通信部と、第2通信部と、メモリとを備えていることが望ましい。第1通信部は、各センサ端末20との間でI2C通信を行う。第2通信部は、構造物評価装置70との間で無線通信を行う。メモリは、送信データを一時的に保存する。 The relay devices 60-1 to 60-m transfer the transmission data obtained from each of the sensor terminals 20-1-1 to 20-1-n, 20-m-1 to 20-m-n to the structure evaluation device 70 via wireless communication. It is desirable that the relay devices 60-1 to 60-m include at least a first communication unit, a second communication unit, and a memory. The first communication unit performs I2C communication with each of the sensor terminals 20. The second communication unit performs wireless communication with the structure evaluation device 70. The memory temporarily stores the transmission data.

構造物評価装置70は、中継装置60-1~60-mから収集した送信データを分析し、構造物の劣化状態及び劣化位置を推定する。これにより、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。各センサ端末20にアドレスを割り当てていて、マスタが指定したセンサ端末20との間で送受信を行う。これにより、使用するセンサ端末の使用間隔はセンサ配置間隔の整数倍に調整することができる。アドレスを割り当てていないセンサ端末20は予備センサ端末として使うこともできる。 The structure evaluation device 70 analyzes the transmission data collected from the relay devices 60-1 to 60-m and estimates the state and location of deterioration of the structure. This enables the diagnosis of the structure's health and efficient maintenance and management. An address is assigned to each sensor terminal 20, and data is sent and received between the sensor terminal 20 designated by the master. This allows the usage interval of the sensor terminal to be adjusted to an integer multiple of the sensor placement interval. Sensor terminals 20 that do not have an address assigned can also be used as spare sensor terminals.

図6は、実施形態における構造物評価装置70の構成例を示す図である。構造物評価装置70は、通信部71と、制御部72と、記憶部73と、表示部74を備える。通信部71は、各中継装置60から転送された1以上の送信データを受信する。 Figure 6 is a diagram showing an example configuration of a structure evaluation device 70 in an embodiment. The structure evaluation device 70 includes a communication unit 71, a control unit 72, a memory unit 73, and a display unit 74. The communication unit 71 receives one or more pieces of transmission data transferred from each relay device 60.

制御部72は、構造物評価装置70全体を制御する。制御部72は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部72は、プログラムを実行することによって、取得部721、イベント抽出部722、位置標定部723、分布生成部724及び評価部725として機能する。 The control unit 72 controls the entire structure evaluation device 70. The control unit 72 is configured using a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and memory. By executing a program, the control unit 72 functions as an acquisition unit 721, an event extraction unit 722, a position determination unit 723, a distribution generation unit 724, and an evaluation unit 725.

取得部721、イベント抽出部722、位置標定部723、分布生成部724及び評価部725の機能部のうち一部または全部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)、FPGAなどのハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置などの非一時的な記憶媒体である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。 Some or all of the functional units of the acquisition unit 721, event extraction unit 722, position determination unit 723, distribution generation unit 724, and evaluation unit 725 may be implemented by hardware such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), or FPGA, or by a combination of software and hardware. The program may be recorded on a computer-readable recording medium. Examples of computer-readable recording media include portable media such as flexible disks, magneto-optical disks, ROMs (Read Only Memory), and CD-ROMs, as well as non-transitory storage media such as hard disks built into computer systems. The program may also be transmitted via telecommunications lines.

取得部721、イベント抽出部722、位置標定部723、分布生成部724及び評価部725の機能の一部は、予め構造物評価装置70に搭載されている必要はなく、追加のアプリケーションプログラムが構造物評価装置70にインストールされることで実現されてもよい。 Some of the functions of the acquisition unit 721, event extraction unit 722, position determination unit 723, distribution generation unit 724, and evaluation unit 725 do not need to be pre-installed in the structure evaluation device 70, and may be realized by installing additional application programs in the structure evaluation device 70.

取得部721は、各種情報を取得する。例えば、取得部721は、通信部71によって受信された送信データを取得する。なお、取得部721は、送信データを評価対象期間分取得する。取得部721は、取得した送信データを記憶部73に保存する。 The acquisition unit 721 acquires various information. For example, the acquisition unit 721 acquires transmission data received by the communication unit 71. The acquisition unit 721 acquires transmission data for the evaluation period. The acquisition unit 721 stores the acquired transmission data in the storage unit 73.

イベント抽出部722は、記憶部73に記憶されている評価対象期間分の送信データの中から1イベントにおける送信データを抽出する。イベントとは、構造物で起こった弾性波発生事象を表す。本実施形態における弾性波発生事象は、車両による路面の通過である。1回のイベントが発生した場合、複数のセンサ21で略同時刻に弾性波が検出されることになる。すなわち、記憶部73には、略同時刻に検出された弾性波に関する送信データが記憶されていることになる。そこで、イベント抽出部722は、所定の時間窓を設け、到達時刻が時間窓の範囲内に存在する全ての送信データを1イベントにおける送信データとして抽出する。イベント抽出部722は、抽出した1イベントにおける送信データを位置標定部723に出力する。 The event extraction unit 722 extracts transmission data for one event from the transmission data for the evaluation period stored in the memory unit 73. An event refers to an elastic wave generating event that occurs in a structure. In this embodiment, the elastic wave generating event is a vehicle passing over the road surface. When one event occurs, elastic waves are detected at approximately the same time by multiple sensors 21. In other words, the memory unit 73 stores transmission data related to elastic waves detected at approximately the same time. Therefore, the event extraction unit 722 sets a predetermined time window and extracts all transmission data whose arrival time falls within the range of the time window as transmission data for one event. The event extraction unit 722 outputs the extracted transmission data for one event to the positioning unit 723.

時間窓の範囲Twは、対象とする構造物における弾性波伝搬速度vと、最大のセンサ間隔dmaxを用いて、Tw≧dmax/vの範囲になるように決定してもよい。誤検出を避けるためには、Twをできるだけ小さい値に設定することが望ましいため、実質的にはTw=dmax/vとすることができる。弾性波伝搬速度vは、予め求められていてもよい。 The time window range Tw may be determined using the elastic wave propagation velocity v in the target structure and the maximum sensor spacing dmax so that it is in the range Tw ≥ dmax/v. To avoid erroneous detection, it is desirable to set Tw to as small a value as possible, so in practice Tw = dmax/v can be used. The elastic wave propagation velocity v may be determined in advance.

位置標定部723は、センサ位置情報と、イベント抽出部722によって抽出された複数の送信データそれぞれに含まれるセンサID及び時刻情報とに基づいて弾性波源の位置を標定する。 The positioning unit 723 locates the position of the elastic wave source based on the sensor position information and the sensor ID and time information contained in each of the multiple transmission data extracted by the event extraction unit 722.

センサ位置情報には、センサIDに対応付けてセンサ端末20の設置位置に関する情報が含まれる。センサ位置情報は、例えば緯度および経度、あるいは構造物の基準となる位置からの水平方向および垂直方向の距離などのセンサ端末20の設置位置に関する情報を含む。位置標定部723は、センサ位置情報を予め保持している。センサ位置情報は、位置標定部723が弾性波源の位置標定を行う前であればどのタイミングで位置標定部723に記憶されてもよい。 The sensor position information includes information about the installation position of the sensor terminal 20, associated with the sensor ID. The sensor position information includes information about the installation position of the sensor terminal 20, such as latitude and longitude, or horizontal and vertical distances from a reference position of the structure. The positioning unit 723 stores the sensor position information in advance. The sensor position information may be stored in the positioning unit 723 at any time before the positioning unit 723 performs positioning of the elastic wave source.

センサ位置情報は、記憶部73に記憶されていてもよい。この場合、位置標定部723は、位置標定を行うタイミングで記憶部73からセンサ位置情報を取得する。弾性波源の位置の標定には、カルマンフィルタ、最小二乗法などが用いられてもよい。位置標定部723は、評価対象期間中に得られた弾性波源の位置情報を分布生成部724に出力する。 The sensor position information may be stored in the memory unit 73. In this case, the positioning unit 723 acquires the sensor position information from the memory unit 73 when positioning is performed. A Kalman filter, least squares method, or the like may be used to locate the position of the elastic wave source. The positioning unit 723 outputs the position information of the elastic wave source obtained during the evaluation period to the distribution generation unit 724.

分布生成部724は、位置標定部723から出力された複数の弾性波源の位置情報を入力とする。分布生成部724は、入力した複数の弾性波源の位置情報を用いて、弾性波源分布を生成する。弾性波源分布は、弾性波源の位置が示された分布を表す。より具体的には、弾性波源分布は、横軸を通行方向の距離とし、縦軸を幅方向の距離として、評価対象となる構造物を表した仮想的なデータ上において弾性波源の位置を示す点が示された分布である。 The distribution generation unit 724 receives as input the position information of the multiple elastic wave sources output from the position determination unit 723. The distribution generation unit 724 uses the input position information of the multiple elastic wave sources to generate an elastic wave source distribution. The elastic wave source distribution represents a distribution showing the positions of the elastic wave sources. More specifically, the elastic wave source distribution is a distribution in which points indicating the positions of the elastic wave sources are shown on virtual data representing the structure to be evaluated, with the horizontal axis representing the distance in the traffic direction and the vertical axis representing the distance in the width direction.

分布生成部724は、弾性波源分布を用いて弾性波源密度分布を生成する。弾性波源密度分布は、弾性波源分布において予め定められた領域毎に、各領域に含まれる弾性波源の数に応じて求められる密度の値が示された分布を表す。具体的には、まず分布生成部724は、弾性波源分布を所定の区画に区切ることによって複数の領域に分割する。次に、分布生成部724は、領域内で標定された弾性波源の数を領域の面積で除算することによって各領域の密度を算出する。そして、分布生成部724は、領域毎に、算出した各領域の密度の値を割り当てることによって弾性波源密度分布を生成する。このように、分布生成部724は、評価対象領域分の密度を算出することによって、弾性波源密度分布を生成する。 The distribution generation unit 724 generates an elastic wave source density distribution using the elastic wave source distribution. The elastic wave source density distribution represents a distribution in which density values calculated according to the number of elastic wave sources included in each predetermined region in the elastic wave source distribution are indicated. Specifically, the distribution generation unit 724 first divides the elastic wave source distribution into multiple regions by dividing it into predetermined sections. Next, the distribution generation unit 724 calculates the density of each region by dividing the number of elastic wave sources located within the region by the area of the region. The distribution generation unit 724 then generates an elastic wave source density distribution by assigning the calculated density value for each region to each region. In this way, the distribution generation unit 724 generates an elastic wave source density distribution by calculating the density for the region to be evaluated.

評価部725は、分布生成部724によって生成された弾性波源密度分布を用いて、センサ端末シート10が設置されている構造物の劣化状態を評価する。例えば、評価部725は、弾性波源密度分布において弾性波源の密度が閾値以上の領域を健全な領域と評価し、弾性波源の密度が閾値未満の領域を損傷領域と評価する。 The evaluation unit 725 evaluates the deterioration state of the structure in which the sensor terminal sheet 10 is installed, using the elastic wave source density distribution generated by the distribution generation unit 724. For example, the evaluation unit 725 evaluates areas in the elastic wave source density distribution where the density of elastic wave sources is equal to or greater than a threshold as healthy areas, and evaluates areas where the density of elastic wave sources is less than the threshold as damaged areas.

記憶部73には、取得部721によって取得された評価対象期間分の送信データが記憶される。記憶部43は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。 The storage unit 73 stores transmission data for the evaluation period acquired by the acquisition unit 721. The storage unit 43 is configured using a storage device such as a magnetic hard disk drive or semiconductor storage device.

表示部74は、評価部725の制御に従って評価結果を表示する。例えば、表示部74は、評価結果として、補正後の弾性波源密度分布を表示してもよいし、損傷領域とみられる領域を他の領域と表示態様を変えて表示してもよい。表示部74は、液晶ディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等の画像表示装置である。表示部74は、画像表示装置を構造物評価装置70に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部74は、評価結果を表示するための映像信号を生成し、自身に接続されている画像表示装置に映像信号を出力する。 The display unit 74 displays the evaluation results under the control of the evaluation unit 725. For example, the display unit 74 may display the corrected elastic wave source density distribution as the evaluation result, or may display areas that appear to be damaged in a different display format from other areas. The display unit 74 is an image display device such as a liquid crystal display or an organic EL (Electro Luminescence) display. The display unit 74 may also be an interface for connecting the image display device to the structure evaluation device 70. In this case, the display unit 74 generates a video signal for displaying the evaluation results and outputs the video signal to the image display device connected to it.

(変形例1)
上述した実施形態では、センサ端末シート10が備える複数のセンサ端末20は、一列に配置されていたが、センサ端末シート10が備える複数のセンサ端末20の配置は特に限定されてない。例えば、センサ端末シート10が備える複数のセンサ端末20は、放射線状、環状又は多辺形状に配置されてもよい。
(Variation 1)
In the above-described embodiment, the multiple sensor terminals 20 included in the sensor terminal sheet 10 are arranged in a row, but there are no particular limitations on the arrangement of the multiple sensor terminals 20 included in the sensor terminal sheet 10. For example, the multiple sensor terminals 20 included in the sensor terminal sheet 10 may be arranged in a radial, annular, or polygonal shape.

(変形例2)
上述した実施形態では、センサ端末シート10を一次元に配置する構成を示したが、センサ端末シート10は二次元に配置されてもよい。図7は、変形例におけるセンサ端末シート10の配置の一例を示す図である。図7に示す例では、複数のセンサ端末シート10-1~10-mが、配線ケーブル75により1つの中継装置60に接続されている。このような構成により、中継装置60の台数を減らすことが可能になる。なお、図7では示していないが、センサ端末シート10-1~10-mの配置は図7の配置に限定されず、放射線状、環状又は多辺形状に配置されてもよい。
(Variation 2)
In the above-described embodiment, the sensor terminal sheets 10 are arranged one-dimensionally, but the sensor terminal sheets 10 may also be arranged two-dimensionally. FIG. 7 is a diagram showing an example of an arrangement of the sensor terminal sheets 10 in a modified example. In the example shown in FIG. 7, multiple sensor terminal sheets 10-1 to 10-m are connected to one relay device 60 via a wiring cable 75. This configuration makes it possible to reduce the number of relay devices 60. Although not shown in FIG. 7, the arrangement of the sensor terminal sheets 10-1 to 10-m is not limited to the arrangement shown in FIG. 7, and they may also be arranged in a radial, circular, or polygonal shape.

(変形例3)
上述した実施形態では、センサ端末20を一次元に配置する構成を示したが、センサ端末20は二次元に配置されてもよい。図8は、変形例におけるセンサ端末20の配置の一例を示す図である。図8に示す例では、1つのセンサ端末シート10が備える基板15上に、複数のセンサ端末20の組が並列に配置されている。このような構成により、センサ端末20の配置がさらに容易になり、中継装置60の台数を減らすことも可能になる。なお、図8では示していないが、センサ端末シート10が備える各センサ端末20の配置は図8の配置に限定されず、放射線状、環状又は多辺形状に配置されてもよい。
(Variation 3)
In the above-described embodiment, the sensor terminals 20 are arranged one-dimensionally, but the sensor terminals 20 may be arranged two-dimensionally. FIG. 8 is a diagram showing an example of an arrangement of the sensor terminals 20 in a modified example. In the example shown in FIG. 8, a set of multiple sensor terminals 20 is arranged in parallel on the substrate 15 provided on one sensor terminal sheet 10. This configuration makes it easier to arrange the sensor terminals 20 and also makes it possible to reduce the number of relay devices 60. Note that, although not shown in FIG. 8, the arrangement of the sensor terminals 20 provided on the sensor terminal sheet 10 is not limited to the arrangement shown in FIG. 8, and the sensor terminals 20 may be arranged in a radial, circular, or polygonal shape.

(変形例4)
上述した実施形態において、複数のセンサ端末20それぞれが備えるセンサ21の共振周波数は、同一であってもよいし、少なくとも一部のセンサ21の共振周波数が異なってもよい。
(Variation 4)
In the above-described embodiment, the resonant frequencies of the sensors 21 included in each of the plurality of sensor terminals 20 may be the same, or at least some of the sensors 21 may have different resonant frequencies.

本実施形態で示したセンサ端末シート10に関し、以下の付記を開示する。
(付記)
以下の付記を開示する。
弾性波を検出するセンサ(例えば、センサ21)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(例えば、検知部22)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(例えば、通信部23)と、
を備えるセンサ端末(例えば、センサ端末20)。
The following notes are provided regarding the sensor terminal sheet 10 shown in this embodiment.
(Additional Note)
The following notes are disclosed:
a sensor (e.g., sensor 21) that detects elastic waves; and a detection unit (e.g., detection unit 22) that extracts a feature of the elastic waves based on the elastic waves detected by the sensor.
a communication unit (e.g., a communication unit 23) that transmits the feature amount of the elastic wave extracted by the detection unit via serial communication;
A sensor terminal (for example, the sensor terminal 20) comprising:

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、センサ端末シート10は、複数のセンサ端末20と、配線バス30とを持つ。複数のセンサ端末20は、センサ21と、検知部22と、通信部23とを持つ。センサ21は、弾性波を検出する。検知部22は、センサ21で検出された弾性波に基づいて弾性波の特徴量を抽出する。通信部23は、検知部22によって抽出された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31は、複数のセンサ端末20間を接続する。複数のセンサ端末20は、シート状の基板15に所定の間隔で配列され、配線バス30とともにフィルムでラミネートした積層構造を有することにより、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。 According to at least one embodiment described above, the sensor terminal sheet 10 has multiple sensor terminals 20 and a wiring bus 30. The multiple sensor terminals 20 each have a sensor 21, a detection unit 22, and a communication unit 23. The sensor 21 detects elastic waves. The detection unit 22 extracts elastic wave features based on the elastic waves detected by the sensor 21. The communication unit 23 transmits the elastic wave features extracted by the detection unit 22 via serial communication. The wiring bus 31 connects the multiple sensor terminals 20 together. The multiple sensor terminals 20 are arranged at predetermined intervals on a sheet-like substrate 15, and by having a laminated structure in which the sensor terminals 20 and the wiring bus 30 are laminated with film, an increase in the number of wires associated with an increase in the number of sensors can be suppressed.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are within the scope of the invention and its equivalents as defined in the claims, as well as the scope and spirit of the invention.

10、10-1~10-m…センサ端末シート,15…基板,20、20-1~20-n、20-1-1~20-1-n、20-m-1~20-m-n…センサ端末,21…センサ,22…検知部,23…通信部,30、30-1~30-m…配線バス,50、50-1~50-m…コネクタ,60、60-1~60-m…中継装置,70…構造物評価装置,221…増幅器,222…フィルタ,223…AD変換器,224…信号処理部 10, 10-1 to 10-m...sensor terminal sheet, 15...board, 20, 20-1 to 20-n, 20-1-1 to 20-1-n, 20-m-1 to 20-m-n...sensor terminal, 21...sensor, 22...detection unit, 23...communication unit, 30, 30-1 to 30-m...wiring bus, 50, 50-1 to 50-m...connector, 60, 60-1 to 60-m...relay device, 70...structure evaluation device, 221...amplifier, 222...filter, 223...AD converter, 224...signal processing unit

Claims (10)

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。
a sensor for detecting elastic waves;
a detection unit that extracts a feature amount of the elastic wave based on the elastic wave detected by the sensor;
a communication unit that transmits the feature amount of the elastic wave extracted by the detection unit via serial communication;
a plurality of sensor terminals each including
a wiring bus connecting the plurality of sensor terminals;
Equipped with
The sensor terminal sheet has a laminated structure in which the plurality of sensor terminals are arranged at predetermined intervals on a sheet-like substrate and are laminated together with the wiring bus with a film.
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。
any one of the plurality of sensor terminals is designated as a master terminal, and a detection unit of the sensor terminal designated as the master terminal determines an arrival time of the elastic wave, and outputs a reference pulse signal including information on the determined arrival time of the elastic wave to the sensor terminals other than the master terminal via the wiring bus.
The sensor terminal sheet according to claim 1 .
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。
The detection unit included in the sensor terminal other than the master terminal further
calculating the arrival time of the elastic wave based on the time difference between a rise time indicating the arrival timing of the elastic wave detected by the device itself and a time indicated by information on the arrival time of the elastic wave included in the reference pulse signal;
The sensor terminal sheet according to claim 2 .
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。
the communication unit included in each of the plurality of sensor terminals transmits the feature amount of the elastic wave extracted by the detection unit and information related to the arrival time of the elastic wave to an external device via a relay device.
The sensor terminal sheet according to claim 3 .
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。
The laminated structure is composed of a release film, an adhesive layer, a base layer, a conductive layer, an insulating layer, and a protective layer, and the conductive layer is composed of one or more layers.
The sensor terminal sheet according to claim 1 or 2.
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。
The acoustic impedance of the adhesive layer and the base layer is matched to the acoustic impedance of a structure in which the plurality of sensor terminals are installed.
The sensor terminal sheet according to claim 5 .
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。
the plurality of sensor terminals are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on the sheet-like substrate;
The sensor terminal sheet according to claim 1 or 2.
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。
the sensor included in each of the plurality of sensor terminals is a piezoelectric MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor or a piezoelectric film type sensor;
The sensor terminal sheet according to claim 1 or 2.
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。
Some of the sensors included in each of the plurality of sensor terminals have different resonant frequencies,
The sensor terminal sheet according to claim 1 or 2.
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。
The sensor terminal sheet according to claim 1 or 2;
one or more relay devices that receive transmission data including at least the feature quantity of the elastic wave obtained by the sensor terminal sheet from the sensor terminal sheet via the serial communication and transfer the received transmission data;
a structure evaluation device that evaluates a deterioration state of the structure in which the sensor terminal sheet is installed based on the transmission data transferred from the one or more relay devices; and
A structural evaluation system comprising:
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