(57)【要約】【課題】物体の表面に発生する接触および破壊を検知すること。【解決手段】物体の物理的な変化を検知する検知システムにおいて、物体の表面形状に応じた形状に成型され、物体の表面に接着される構造体１と、構造体１の任意の位置に設置された端末２と、を備え、端末２は、構造体１の内部に信号を送信し、構造体１の内部を伝搬して帰還した信号を受信する信号送受信部２１と、構造体１に物理的な変化がない時に受信した信号のデータを格納しておく学習部２２と、その信号のデータと所定時に受信した信号のデータとの比較結果に基づき構造体１に生じた物理的な変化の有無を判定する判定部２３と、構造体１に物理的な変化がある場合に異常情報を出力する通報部２４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の物理的な変化を検知する検知システムにおいて、
前記物体の表面形状に応じた形状に成型され、前記物体の表面に接着される構造体と、
前記構造体の任意の位置に設置された端末と、を備え、
前記端末は、
前記構造体の内部に信号を送信し、前記構造体の内部を伝搬して帰還した信号を受信する信号送受信部と、
前記構造体に物理的な変化がない時に受信した信号のデータを格納しておく学習部と、
前記信号のデータと所定時に受信した信号のデータとの比較結果に基づき前記構造体に生じた物理的な変化の有無を判定する判定部と、
前記構造体に物理的な変化がある場合に異常情報を出力する通報部と、
を備えることを特徴とする検知システム。
【請求項２】
前記物理的な変化は、
前記物体の表面に生じた破壊である、又は、前記物体に対する別の物体の接触であることを特徴とする請求項１に記載の検知システム。
【請求項３】
前記信号は、
電磁波又は音波であり、かつ、複数の周波数成分を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の検知システム。
【請求項４】
前記信号の波長の四分の一波長の大きさは、
前記構造体の物理的な変化の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の検知システム。
【請求項５】
前記構造体は、
誘電体シートである、又は、塗料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の検知システム。
【請求項６】
前記信号は、電磁波であり、
前記構造体は、
金属又は金属粉末を含む２つの導電層で誘電体を挟んだ多層構造を備え、前記誘電体で電磁波を平行平板モードで伝搬させることを特徴とする請求項１に記載の検知システム。
【請求項７】
前記端末は、複数であって、複数の端末は、前記構造体の任意の位置に互いに異なる位置に配置され、
前記通報部は、
前記構造体に送信されてから受信されるまでの信号の時間的な変化データを更に出力することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の検知システム。
【請求項８】
物体の表面形状に応じた形状に成型され、前記物体の表面に接着される構造体と、前記構造体の任意の位置に設置された端末と、を備えた検知システムで行う、物体の物理的な変化を検知する検知方法において、
前記端末は、
前記構造体の内部に信号を送信し、前記構造体の内部を伝搬して帰還した信号を受信するステップと、
前記構造体に物理的な変化がない時に受信した信号のデータを格納しておくステップと、
前記信号のデータと所定時に受信した信号のデータとの比較結果に基づき前記構造体に生じた物理的な変化の有無を判定するステップと、
前記構造体に物理的な変化がある場合に異常情報を出力するステップと、
を行うことを特徴とする検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の物体の表面に、亀裂、剥離などの破壊が生じたこと、別の物体が接触したことを検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサーは、物理的な刺激を電気信号に変換するトランスデューサーと、トランスデューサーで生じた電気信号を受信し、物理的な刺激が生じた事実とその程度を検知する検知回路と、で構成される。既に、温度、湿度、光量、ガス濃度など、多種多様なセンサーが実用化され、鉱工業、製造業、建設業などの第２次産業のみならず、環境測定や利便性向上の面で、第１次産業、第３次産業にも欠かせない技術となっている。センサーの使用においては、物理変化を検知したい箇所に予め設置し、常時、または、間欠的にトランスデューサーの変化を監視するように検知回路を動作させる必要がある。
【０００３】
産業において検知が求められる物理変化の一つとして、接触、破壊が挙げられる。これらはセキュリティにおける侵入検知や設備の維持管理における劣化検知に対して有用であり、安全確保の意識向上、高度経済成長時期に設置された設備の老朽化に伴って、重要度が増している。侵入検知や劣化検知をセンサーで実施する上では、接触、破壊がどの場所で発生するかが事前に不明である課題を解決する必要がある。侵入検知である場合は重要となる経路、設備の劣化検知である場合は構造上の耐力維持において重要な面など、検知が必要な領域の絞込みは可能であるが、その領域において、小さな面積で発生する接触や亀裂や剥離等の破壊の場所までは事前に同定することが困難である。しかしながら、通常、センサーは物理変化が発生する地点に設定され、その他の地点の物理変化は計測することができない。
【０００４】
上記課題を解決するため、例えば、接触や破壊が発生すると想定される表面に均等に分布するようにセンサーを設置する手法が考えられる。しかしながら、接触や破壊の検知漏れを防止するためには、接触や破壊の生じる面積よりも十分小さい間隔でセンサーを設置する必要があるため、センサーの所要数が増大するという問題がある。例えば、１００ｃｍ四方の表面に対して、１０ｃｍ以上の亀裂や剥離等の破壊を検知することを想定した場合、センサーは１０ｃｍ間隔に設置する必要が生じ、その所要数が１００個近くになるため、非常に高コストとなる。
【０００５】
面的な検知を簡易に実現するため、予めトランスデューサーが所定の間隔で配置され、電気回路も実装されたシートを作製し、検知したい箇所に貼り付けて設置する方法が挙げられる（非特許文献１）。本手法は現場作業でのセンサー設置が容易となるため、シートの製作コストが低減できれば、人的稼動、作製コストの面で有力である。しかしながら、本手法はトランスデューサーおよび電気回路をシートに作りこむことから、シート作製後に任意の形状に切断および接続することが困難となる。そのため、形状が規格化されておらず様々な表面形状を有する対象には適さない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】山下、外２名、「道路インフラ状態モニタリング用センサシートの開発」、2015年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集、セッションID:E69、p.329-p.330
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、所定の物体表面における接触や破壊を検知する際の課題を解決するものである。第１に、所定の領域内においてどのように発生するかが既知でない変化を検知しなければならない課題である。この変化とは接触、および亀裂や剥離等の破壊であり、発生箇所および発生するサイズも不明であるという前提を有する。第２に、検知対象としたい領域は使用条件によって様々に形状を有しており、これらの形状に柔軟に対応しなければならないという課題である。
【０００８】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、設置の際に使用者の任意で形状を変化させられるトランスデューサーを用い、所定の物体表面のいずれかの箇所に任意のサイズで発生する接触、および亀裂や剥離等の破壊を検知することを可能することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するため、請求項１に係る検知システムは、物体の物理的な変化を検知する検知システムにおいて、前記物体の表面形状に応じた形状に成型され、前記物体の表面に接着される構造体と、前記構造体の任意の位置に設置された端末と、を備え、前記端末は、前記構造体の内部に信号を送信し、前記構造体の内部を伝搬して帰還した信号を受信する信号送受信部と、前記構造体に物理的な変化がない時に受信した信号のデータを格納しておく学習部と、前記信号のデータと所定時に受信した信号のデータとの比較結果に基づき前記構造体に生じた物理的な変化の有無を判定する判定部と、前記構造体に物理的な変化がある場合に異常情報を出力する通報部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る検知システムは、請求項１に記載の検知システムにおいて、前記物理的な変化は、前記物体の表面に生じた破壊である、又は、前記物体に対する別の物体の接触であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る検知システムは、請求項１又は２に記載の検知システムにおいて、前記信号は、電磁波又は音波であり、かつ、複数の周波数成分を含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る検知システムは、請求項１乃至３のいずれかに記載の検知システムにおいて、前記信号の波長の四分の一波長の大きさは、前記構造体の物理的な変化の大きさよりも小さいことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る検知システムは、請求項１乃至４のいずれかに記載の検知システムにおいて、前記構造体は、誘電体シートである、又は、塗料で構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る検知システムは、請求項１に記載の検知システムにおいて、前記信号は、電磁波であり、前記構造体は、金属又は金属粉末を含む２つの導電層で誘電体を挟んだ多層構造を備え、前記誘電体で電磁波を平行平板モードで伝搬させることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る検知システムは、請求項１乃至６のいずれかに記載の検知システムにおいて、前記端末は、複数であって、複数の端末は、前記構造体の任意の位置に互いに異なる位置に配置され、前記通報部は、前記構造体に送信されてから受信されるまでの信号の時間的な変化データを更に出力することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に係る検知方法は、物体の表面形状に応じた形状に成型され、前記物体の表面に接着される構造体と、前記構造体の任意の位置に設置された端末と、を備えた検知システムで行う、物体の物理的な変化を検知する検知方法において、前記端末は、前記構造体の内部に信号を送信し、前記構造体の内部を伝搬して帰還した信号を受信するステップと、前記構造体に物理的な変化がない時に受信した信号のデータを格納しておくステップと、前記信号のデータと所定時に受信した信号のデータとの比較結果に基づき前記構造体に生じた物理的な変化の有無を判定するステップと、前記構造体に物理的な変化がある場合に異常情報を出力するステップと、を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、物体の表面に発生する接触、および亀裂や剥離等の破壊を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る検知システムの構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態に係る検知システムの構成を示す図である。
【図３】構造体の構成を示す図である。
【図４】構造体と端末の信号送受信部との接続例を示す図である。
【図５】構造体と端末の信号送受信部との接続例を示す図である。
【図６】構造体と端末の信号送受信部との接続例を示す図である。
【図７】構造体と端末の信号送受信部との接続例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
上記の課題を解決するため、本発明に係るトランスデューサーは平面であり、その形状が任意に設定できることが特徴である。これにより、設置対象としたい表面を余すことなく検知対象とすることが可能となる。また、トランスデューサー中に電磁波や音波などの波を伝搬させ、その変化を検知する手法を採用することにより、平面状のトランスデューサーのいずれかの箇所に任意のサイズで発生する接触、および亀裂や剥離等の破壊を検知することを可能にした点が特徴である。以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る検知システムの機能構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る検知システムの構成を示す図である。この検知システムは、物体に生じた物理的な変化を検知する検知システムであって、設置箇所の表面形状に応じた形状に成型された構造体（トランスデューサー）１と、構造体１の上の任意の場所や位置に設置される端末（検知回路）２と、を備えて構成される。端末２は、信号送受信部２１と、学習部２２と、判定部２３と、通報部２４と、を備えて構成される。以下、検知システムの各構成要素の詳細と動作について説明する。
【００２１】
構造体１は、予め設置箇所の表面形状に応じて設置者の任意で成型され、所定の厚さを有する板状の形状を備える。例えば、表面が平坦な壁面に設置する場合は平板状の構造となる。設置面が丸みを帯びている場合は、構造体１も丸みを帯びた板状となる。その他、設置箇所に任意の凹凸がある場合においても、その凹凸表面に密着できるような形状となる。
【００２２】
また、構造体１は、設置対象に対して十分な接着強度で設置される。十分な接着強度とは、外部からの曲げ応力、引っ張り応力、圧縮応力などに対し、構造体１に亀裂や孔が生じる強度よりも十分に強いことが条件となる。すなわち、構造体１は、設置された対象に亀裂や剥離が生じた場合、構造体１と設置対象の間の接着が損なわれるのではなく、設置された対象の亀裂や剥離に応じて構造体１にも同じく亀裂や破れが生じる。
【００２３】
また、構造体１は、内部に電磁波または音波のいずれかが伝搬可能な構造である。例えば、誘電損失特性の小さい誘電体や弾性体である。但し、誘電率や形状に関しては任意である。
【００２４】
上述した全ての特徴を備える構造体１としては、例えば、誘電体シートを用いることができる。また、構造体１を形成するにあたって、金属を用いると構造によっては電磁波を遮蔽する場合があるが、金属を用いると構造によっては効率良く電磁波を構造体１の内部を伝搬させることが可能であるため、適宜金属を用いてもよい。例えば、構造体１の表層部と付着面に金属を用い、内部を誘電体とした構造とする場合、内部の誘電体部分を平行平板モードで電磁波を伝搬させることができる。これについては、第３の実施形態で説明する。
【００２５】
端末２は、構造体１の任意の場所に設置され、信号送受信部２１から所定の電磁波または音波を構造体１の内部に送信し、構造体１を伝搬して戻ってきた信号を受信する機能を備える。
【００２６】
ここで、構造体１の内部で生じる電磁波または音波の散乱について説明する。散乱とは、一般に、波が一様な媒質中を一方向に進んで行く途中で、その波の波長よりも短いスケールの媒質の乱れや別の物質に遭遇すると、進行方向が不定になるという現象である。
【００２７】
構造体１に傷や他の物体の接触面があると、電磁波または音波に散乱（反射）が起きる。散乱される度合いは、その波の波長をλ、傷や接触面の大きさをａとすると、マクスウェルの方程式よりａ／λで表され、この値が大きいほど散乱の度合いは大きくなる。波長λに対して相対的な傷や接触面の大きさａが大きくなる（ａ／λ＝１）と、前方散乱が後方散乱に比べて急激に増大し、端末２に戻ってくる散乱（反射）の影響が小さくなる。
【００２８】
ここで、電磁波または音波の波長の四分の一波長の大きさが、検知したい亀裂の長さや剥離の大きさ、物体が接触した際の接触面の大きさよりも小さいことが望ましい。この場合、端末２へ戻ってくる散乱の信号を効率的に受けやすく、その亀裂に対する検出感度が向上する。このような波長の大きさの調整は、信号送受信部２１の回路構成を適宜変更または設定することで実現可能である。本実施形態では、例として所定の周波数の電磁波を送信信号として用いて動作を説明する。
【００２９】
続いて、端末２を構成する各構成要素について説明する。端末２の各構成要素は、例えば、回路などのハードウェアで形成してもよいし、ソフトウェアプログラムで構成してもよい。
【００３０】
信号送受信部２１は、１種類以上の所定の周波数成分を有する電磁波を所定の強度で発生させ、その電磁波を送信信号として構造体１の内部に向けて送信する。ここでは、互いに異なる周波数ｆ１および周波数ｆ２の２種類の周波数の連続波からなる電磁波を送信信号とする。送信信号は、構造体１の内部で端末２を中心として拡散するように伝搬する。構造体１では伝搬による損失、端面などにおける空間放射、反射が生じるが、端面などで反射された信号群は端末２にまで戻る。信号送受信部２１では、帰還した信号群を重ね合わせたものを受信信号として受信する。
【００３１】
端末２では、前述の信号の送信受信を学習フェーズ、検知フェーズの２つのフェーズで実施する。互いのフェーズでの信号の処理方法は異なる。
【００３２】
はじめに、学習フェーズについて説明する。学習フェーズとは、構造体１および端末２を設置した直後、つまり構造体１に物理的な変化がない時に端末２が行う動作であり、構造体１の設置直後の状態を健全な状態と定義し、構造体１を伝搬する電磁波の伝搬状況を健全データとして学習部２２に格納するための動作である。
【００３３】
学習フェーズにおいては、信号送受信部２１は、受信信号の伝搬特性データを健全データとして学習部２２へ出力する。伝搬特性データとは、例えば、受信時の受信信号の位相や振幅、各周波数において送信信号の位相や振幅と比較することで得られる反射係数のデータでもよい。本実施形態では、ネットワークアナライザ等でよく用いられるＳパラメータのうちＳ１１を伝搬特性データとして記録する事例を説明する。Ｓ１１は、複素表現された送信信号を分母、同じく複素表現された受信信号を分子として比をとった際に得られる複素数であり、その複素数の絶対値を振幅、偏角を位相とするデータである。上記の動作で得られる健全データは表１となる。
【００３４】
【表１】
2019109073.tif 000003
【００３５】
なお、健全データとして振幅ａ１０、位相ｂ１０、振幅ａ２０、位相ｂ２０を取得するにあたり、雑音の影響を低減させるために、所定の期間の時間平均を取る手法が考えられる。また、端末２の設置直後は接着剤等の変動が大きいなどの理由から、端末２の設置直後から健全データを取得までに一定の時間を設けるという手法もある。これらのパラメータは、構造体１や構造体１が設置された対象物の劣化速度に比べて十分に初期のタイミングと考えられる時間帯であれば、使用者の任意で設定可能である。
【００３６】
次に、検知フェーズの動作について説明する。検知フェーズにおいては、所定のタイミングで信号送受信部２１は、学習フェーズと同様に、送信信号を送信し、受信信号を受信する。その際に得られる周波数ｆ１と周波数ｆ２のＳ１１を検知データとすると、その検知データは表２のようになる。
【００３７】
【表２】
2019109073.tif 000004
【００３８】
この検知データは判定部２３に送信され、判定部２３で健全データと比較される。
【００３９】
ここで、構造体１に生じた亀裂、剥離や物体の接触により、検知データと健全データに差分が生じる原理について説明する。
【００４０】
設置対象となる構造物に亀裂や剥離が生じた場合、構造体１も同様に亀裂や孔が生じる。構造体１に生じた亀裂や孔は、内部を伝搬する電磁波からすると電波経路の断裂部となり、電気的には開放端が生じることになる。電磁波伝搬における反射は、インピーダンスの急激な変化で生じることから、伝搬経路に生じた開放端は、新たな反射面として作用することになる。その結果、新たな反射面によって反射された波が受信信号に作用することにより、検知データの振幅や位相に差分が生じる。
【００４１】
また、構造体１に物体が接触したことを考える。表面に高い誘電率有する物体が接触した場合、構造体１を伝搬する送信信号の電界が健全状態と変化し、高い誘電率を持つ物体に電界が集中する。その結果、接触した領域における伝搬損失や実効電気長が変化し、振幅や位相が変化する。金属が接触した場合、理想的な反射面が構造体１の表面に発生することになるため、伝搬損失や電気長が変化する。
【００４２】
これらの結果、受信信号として受信される電磁波の振幅や位相も変化し、検知データと健全データに差分が生じることとなる。
【００４３】
判定部２３は、予め定められたしきい値を用いて、検知データと健全データとの差分から、亀裂、剥離、または接触の有無、つまり構造体に生じた物理的な変化の有無を判定する。本実施形態において、検知データや健全データは周波数ｆ１、周波数ｆ２にそれぞれ対応した振幅と位相からなるため、しきい値も表３のように４つの値が準備される。
【００４４】
【表３】
2019109073.tif 000005
【００４５】
判定部２３は、検知データの値が、周波数ｆ１および周波数ｆ２のそれぞれ振幅ａ、位相ｂの４つの条件のうち、いずれか１つでもしきい値を超えた場合に、しきい値を超えたことを通報部２４へ通知する。ここで、しきい値の大きさの設定や、通報部２４へ通知を行う条件の数は使用者の任意で設定可能であり、検知率や誤検知率の所要値から設定することができる。しきい値が小さければ、わずかな差分で通報部２４へ通知が行われるため、検知の感度は上がるが、誤検知率は増大する。逆に、しきい値を大きく設定すれば、検知感度は下がり、大きな亀裂や剥離、大きな物体の接触でないと通報部２４への通知が行われなくなるが、誤検知率は低減する。その他、しきい値については、検知データに対する値を設定してもよいし、検知データと健全データとの差分に対する値を設定してもよい。
【００４６】
通報部２４は、判定部２３からの通知を受け、所定の通報動作を行う。具体的には、構造体１（＝物体）に物理的な変化が生じたことを示す異常情報を出力する。例えば、無線等で、検知通知を出すことも考えられるし、発光や音などで検知通知を出すことも可能であり、使用者の任意で設定可能である。
【００４７】
上記動作により、構造体１に損耗が生じた場合や物体が接触した場合に、それらの発生を検知することが可能となる。上述したように構造体１は、設置場所や表面形状によって様々な形状に変化する。また、端末２も構造体１の任意の場所に設置されるため、健全データは設置位置ごとに異なる。しかしながら、事前に学習フェーズを設けて健全データを事前に取得することにより、構造体１の内部の電磁波の伝搬状態が設置ごとに異なる場合であっても、健全な伝搬状態を基準として、損耗や接触の検知を行うことが可能となる。
【００４８】
なお、本実施形態では、送信信号として電磁波を用いたが、音波でも周波数、振幅、位相の検知は可能であるため、実施可能である。
【００４９】
また、本実施形態では、周波数ｆ１と周波数ｆ２の２つの周波数成分からなる信号を用いたが、周波数成分は１つでも３つ以上でもよい。周波数成分が１つの場合、端末２の構成はより簡易になり作製コストが下がるという利点があるが、電磁波伝搬における電界分布の節の部分では、感度が低下する。周波数成分が２つ以上の場合、端末２の構成は複雑化するが、周波数ごとに上述の電界分布の節の位置は異なるため、感度低下の部分を互いに補完することができ、検知漏れの防止につながる。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
図２に、第２の実施形態に係る検知システムの構成を示す。本実施形態は、構造体１に対して、端末２ａ、端末２ｂ、端末２ｃ…のように複数の端末２がそれぞれ異なる場所に複数設置される点と、各端末２（２ａ，２ｂ，２ｃ，…）の通報部２４から送信される信号の中に受信信号の時間変化データが含まれる点とが第１の実施形態と異なり、損耗や接触の通知だけでなく、その位置も同定できるようになる。本実施形態では、構造体１に対して３つの端末２（２ａ，２ｂ，２ｃ）が設置された場合を説明する。
【００５１】
構造体１の仕様や動作は第１の実施形態と同様である。３つの端末２ａ，２ｂ，２ｃでは、それぞれ学習フェーズにおいて、第１の実施形態と同様に健全データを取得するが、その際、健全時の受信信号の時間波形も学習部２２に記録しておく。時間波形を取得する時間は、送信信号の送信直後を開始時刻とし、帰還時など任意の時間後を終了時刻とする。また、検知フェーズでは、判定部２３においてしきい値を用いて健全データと検知データとの比較を行い、その比較結果より損耗や接触を検知した場合に通報部２４に通知を行う。この際、検知時の受信信号の時間波形の通知も行う。すなわち、通報部２４では、検知の通報を行うと共に、健全時の受信信号の時間波形、検知時の受信信号の時間波形の送信をコンピュータなどの解析部（図２において不図示）へ行う。
【００５２】
本発明の使用者は、３つの端末２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれの通報部２４からの通知によって、構造体１の損耗や接触を知り、下記の解析を実施する。具体的には、解析部において、各端末２からそれぞれ通知された健全時の受信信号と検知時の受信信号とを端末２ごとに比較し、時間波形の開始から差分が現れるまでの時間を計測する。計測された時間の半分を伝搬速度に乗じることによって距離を得る。各端末２から得られた距離から三角法を用いて、損耗や接触が発生した場所を同定する。
【００５３】
上記の動作によって損耗や接触が発生した場所または位置を同定できる原理について説明する。損耗や接触によって新たに生じた反射面で反射した信号がもっとも早く端末２に戻る経路は端末２と新たに生じた反射面を結ぶ線分である。よって送信信号を発生した時刻を起点として観測した場合、健全時の受信信号および検知時の受信信号の時間波形で初めて差分が生じるのは、送信信号が上記線分上を伝搬して新たに生じた反射面に到達し、反射が行われて当該線分上を伝搬して端末２に戻った時刻と考えられる。以上のことから、初めて差分が観測された時間の半分を伝搬速度に乗じることで、端末２と新たな発生した反射面との距離を求めることが可能となる。
【００５４】
なお、第１および第２の実施形態では、電磁波を例にとって説明をしたが、光速よりも音速のほうが遅いため、音波を用いることで実施がより容易になり、適している。
【００５５】
＜第３の実施形態＞
図３に、第３の実施形態に係る構造体１の構成を示す。本実施形態では、構造体１の表層部１１と付着部（付着面）１３に導電性塗料または金属粉末や金属フレークを混ぜた塗料を用い、表層部１１と付着部１３との間の内部１２を絶縁性塗料とする点が第１および第２の実施形態と異なる。
【００５６】
表層部１１および付着部１３を成す導電性塗料に含まれる粉末としては、銅や銀やアルミ粉末を用いることが考えられるが、導電が可能な物質であれば、これに限定されない。また、この三層構造を、計測対象である１ｍ四方のコンクリート構造物１００の上に塗装して形成してもよく、計測対象が鋼管柱等の導電性材料である場合は、付着面に導電性塗料を塗装する必要はなく、内部１２の絶縁性塗料と表層部１１の導電性塗料との二層で形成してもよい。絶縁体と誘電体と絶縁体とを積層した多層構造となるので、電磁波を構造体１に閉じ込める構造となることから、電磁波を平行平板モードで伝搬させることが可能となり、ひびや穴といった破損の検知に適した構成となる。
【００５７】
構造体１の導電性塗料の塗装面（表層部１１，付着部１３）に端末２を接続して設置した。図４は、構造体１と端末２の信号送受信部２１との物理的な接続例を示す図である。実際には、第１の実施形態で参照した図１における送信信号と受信信号は、それぞれ物理的には１本のケーブル上で送信と受信を行うものであり、信号送受信部２１の信号線とグランド線をそれぞれの導電層に接続する。接続方法は図４に限らず、信号線を下層の導電層（付着部１３）に、グランド線を上層の導電層（表層部１１）に接続してもよい。
【００５８】
構造体１の動作などは第１の実施形態と同様である。端末２では、学習フェーズにおいて、第１の実施形態と同様に健全データを取得する。本実施形態では、７〜１０ｃｍの傷を検知することを目的とし、送信信号には１ＧＨｚと７５０ＭＨｚの周波数を用いた。また、健全データはＳ１１の絶対値のデシベル表示を用い、各周波数に対応する値は表４のようになった。このとき、振幅や位相情報を用いてもよい。また、検出する接触面積や亀裂などの大きさにより使用する周波数は異なるため、１ＧＨｚと７５０ＭＨｚ以外の周波数を用いてもよい。
【００５９】
【表４】
2019109073.tif 000006
【００６０】
また、検知フェーズでは、判定部２３において、しきい値を用いて健全データと検知データとの比較を行い、損耗や接触を検知したら通報部２４に通知を行う。検知データと予め設定しておいたしきい値をそれぞれ表５と表６に示す。
【００６１】
【表５】
2019109073.tif 000007
【００６２】
【表６】
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【００６３】
判定部２３では、周波数１ＧＨｚおよび周波数７５０ＭＨｚのそれぞれＳ１１のうち、いずれか１つでもしきい値を超えた場合に、通報部２４へ通知がされる。表５の検知データは、実際に構造体１に７〜１０ｃｍの傷を形成して測定した検知データであり、１ＧＨｚの検知データの値が表６のしきい値を超えた値となっていることから、傷が存在することを検知できたといえる。
【００６４】
しきい値の大きさの設定や、通報部２４へ通知を行う条件の数は使用者の任意で設定可能であり、検知率や誤検知率の所要値から設定することができ、これに限定されない。しきい値が小さければ、わずかな差分で通報部２４へ通知が行われるため、検知の感度は上がるが、誤検知率は増大する。逆に、しきい値を大きく設定すれば、検知感度は下がり、大きな亀裂や剥離、大きな物体の接触でないと通報部２４への通知が行われなくなるが、誤検知率は低減する。
【００６５】
通報部２４では、判定部２３からの通知を受け、所定の通報動作を行う。例えば、無線等で検知通知を出す事例も考えられるし、発光や音などで検知通知を出すことも可能であり、使用者の任意で設定可能である。上記動作により、構造体１に損耗が生じた場合や、物体が接触した場合に、検知することが可能となる。
【００６６】
最後に、図４に示した接続例以外の接続例を図５〜図７に示す。
【００６７】
例えば、図５に示すように、構造体１と端末２との間に変圧器（トランス）３を接続してもよい。また、図６に示すように、例えば３ポートの方向性結合器４を用いて構造体１と端末２を接続することも考えられる。具体的には、信号送受信部２１側の（＋），（−）の各送信信号線６ａ，６ｂを入力ポートＩＮに接続し、（＋），（−）の各受信信号線７ａ，７ｂを反射ポートＯＵＴ０に接続し、構造体１側の信号線８ａ，グランド線８ｂを出力ポートＯＵＴ１に接続する。方向性結合器４は、入力ポートＩＮに入力された送信信号（進行波）を出力ポートＯＵＴ１から出力し、構造体１から出力ポートＯＵＴ１に戻ってきた受信信号（反射波）を反射ポートＯＵＴ０から出力する。
【００６８】
その他、図７に示すように、例えば３ポートのサーキュレータ５を用いてもよい。その接続方法は図６に示した接続方法と同様であるが、ここでは、入力ポートＩＮを第１ポートＰ１、出力ポートＯＵＴ１を第２ポートＰ２、反射ポートＯＵＴ０を第３ポートＰ３とする。サーキュレータ５は、複数のポート間で信号を一方向に出力する特性を備え、第１ポートＰ１に入力した信号（送信信号）を第２ポートＰ２に出力し、第２ポートＰ２から入力した信号（受信信号）を第３ポートＰ３に出力し、逆方向には伝送しない。
【００６９】
＜効果＞
各実施の形態によれば、設置箇所の表面形状に応じた面形状を有し、その内部で所定の信号が伝搬可能である構造体１と、構造体１の任意の場所に設置される端末２と、を備えた検知システムにおいて、端末２は、構造体１の内部に信号を送信し、構造体１の内部を伝搬した後の信号を受信信号として受信する信号送受信部２１と、構造体１に損耗がなく、かつ、任意の物質の接触が無い状態における受信信号のデータを健全データとして格納する学習部２２と、構造体１に対して生じた損耗や任意の物質の接触を検知するため、定期的に取得される受信信号と健全データを比較し、変化の有無を検知することによって、構造体１に生じた損耗または任意の物質の接触の有無を判定する判定部２３と、判定部２３からの信号に応じて外部に構造体１に生じた異常を通報する通報部２４と、を備えるので、亀裂や剥離などの構造物における劣化兆候の発生を面的に検知することが可能であり、コンクリート構造物などが多い社会インフラや住宅等の点検業務の自動化に貢献できる。
【００７０】
また、各実施の形態では、検知対象としたい表面形状に合わせて構造体１の形状も変更可能であるので、さまざまな表面形状を有する構造物等に対しても簡易に適用することが可能となる。構造物以外には、例えば、鉱山掘削工事現場等での落盤危険度のセンシングにも有効である。
【００７１】
また、各実施の形態では、構造体１が、塗料や柔軟な形状に対応できるシートであり、その施工が楽なことから、一時的に、また、臨機応変に設置を変更する必要があるような立ち入り禁止エリアや点字ブロック等の敷設に好適である。
【符号の説明】
【００７２】
１…構造体
１１…表層部
１２…内部
１３…付着部
２，２ａ，２ｂ，２ｃ…端末
２１…信号送受信部
２２…学習部
２３…判定部
２４…通報部
３…変圧器
４…方向性結合器
５…サーキュレータ
６ａ…送信信号（＋）の送信信号線
６ｂ…送信信号（−）の送信信号線
７ａ…受信信号（＋）の受信信号線
７ｂ…受信信号（−）の受信信号線
８ａ…信号線
８ｂ…グランド線
１００…コンクリート構造物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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