(57)【要約】通常の荷重及び過剰な荷重が表面に加わっていることを検出し、実時間又はほぼ実時間でトレンドデータを提供するのに役に立つ表面集積量監視システムを開示する。このシステムには、屋根のような構造部材の外表面に配置した力変換器のアレイが含まれる。典型的な実施形態では、断熱材中に埋め込む場合のように、内表面に変換器を配置することができる。この力変換器は、表面に作用する荷重の力の強さを検出する。データ分析モジュール（ＤＡＭ）は、壊滅的倒壊が起こったとき最新のデータを記憶しておくことができるよう、力の数値をサーキュラーメモリバッファに記憶することができる。ＤＡＭは、実時間での荷重データをユーザに表示し、その他の分析を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材に加わる荷重を監視するための表面集積量監視システムであって、該表面集積量監視システムは、
前記構造部材の表面に不規則な格子状に配置された複数の力変換器を有するセンサアレイであって、該力変換器は、外力の強さを計測し、該外力の強さを表す信号を出力するセンサアレイと、
プロセッサ、記憶装置、及び伝送器を有するデータ分析モジュール（ＤＡＭ）であって、
該ＤＡＭは、前記センサアレイと通信可能に接続され、
１秒未満の通常の周期で前記センサアレイを呼び出し、
各変換器の力の強さ信号を前記記憶装置のサーキュラーメモリバッファに記録し、
各変換器の力の強さをそのセンサの第１の力の強さの閾値と比較し、
いずれかのセンサの力の強さがそのセンサの前記第１の力の強さの閾値より大きいことを検出した場合は、緊急でない注意状態に入り、前記伝送器に注意信号を送り、
各変換器の力の強さをそのセンサの第２の力の強さの閾値と比較し、
いずれかのセンサの力の強さがそのセンサの前記第２の力の強さの閾値より大きいことを検出した場合は、警報状態に入り、前記伝送器に警報信号を送る、
ことを特徴とするデータ分析モジュール（ＤＡＭ）と、
を具備することを特徴とする表面集積量監視システム。
【請求項２】
前記ＤＡＭに通信可能に接続され、警報信号を受け取るように構成され、該警報信号を受け取ったときに視覚的かつ聴覚的避難警報を出力するように構成された実時間警報システムをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の表面集積量監視システム。
【請求項３】
前記実時間警報システムは、さらに、住民に避難指示を与えるよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載の表面集積量監視システム。
【請求項４】
前記ＤＡＭの記憶装置は、過酷な環境条件に対応できるよう堅固に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面集積量監視システム。
【請求項５】
前記構造部材は屋根であることを特徴とする請求項１に記載の表面集積量監視システム。
【請求項６】
前記ＤＡＭに通信可能に接続された監視装置をさらに具備し、該監視装置は、ヒューマンインターフェースを具備し、前記ＤＡＭから力の強さを受け取るよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面集積量監視システム。
【請求項７】
前記ユーザインターフェースは、前記ＤＡＭから受け取った力の強さに基づき実時間での荷重表示を行うよう構成されていることを特徴とする請求項６に記載の表面集積量監視システム。
【請求項８】
前記実時間での荷重表示は、構造部材のワイヤメッシュ図及びカラーコード化された歪み表示を含むことを特徴とする請求項７に記載の表面集積量監視システム。
【請求項９】
前記ユーザインターフェースはユーザが力の強さの閾値を設定できるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の表面集積量監視システム。
【請求項１０】
前記ユーザインターフェースはユーザが力の強さの閾値を追加設定することができ、該閾値に応答して動作をプログラム可能に作ることができるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の表面集積量監視システム。
【請求項１１】
前記監視装置は、さらに、前記力の強さの入力に基づいて合成した力の強さの分布を作ることができるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の表面集積量監視システム。
【請求項１２】
前記監視装置は、さらに、前記力の強さの分布を分析して荷重の特別な事象を特定するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の表面集積量監視システム。
【請求項１３】
荷重の特別な事象の１つには、氷のダムが存在していることを示すために、それぞれ氷、雪、及び水の密度に対応する、３つの別個の荷重が加わる領域を検出することが含まれることを特徴とする請求項１２に記載の表面集積量監視システム。
【請求項１４】
荷重の特別な事象の１つには排水溝領域での氷の蓄積を検出することが含まれることを特徴とする請求項１２に記載の表面集積量監視システム。
【請求項１５】
前記監視装置はデータ記憶装置をさらに具備し、該監視装置は、さらに、
前記ＤＡＭからの注意報信号を受け取って、１時間未満の通常の周期で前記記憶装置に力の強さのデータを記録するステップと、
前記ＤＡＭからの警報信号を受け取って、連続的に前記記憶装置に力の強さのデータを記録するとともに視覚的かつ聴覚的な警報を出力するステップと、
を具備することを特徴とする請求項６に記載の表面集積量監視システム。
【請求項１６】
前記力変換器が前記構造部材の外表面に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の表面集積量監視システム。
【請求項１７】
前記力変換器が前記構造部材の内表面に設置され、前記第１の力の強さの閾値と第２の力の強さの閾値とを、前記構造部材の表面を透過することによる減衰を補正するように選定されることを特徴とする請求項１に記載の表面集積量監視システム。
【請求項１８】
前記変換器はロードセルであることを特徴とする請求項１に記載の表面集積量監視システム。
【請求項１９】
変動する荷重を受ける屋根を有する構造物であって、該荷重は、風、氷の集積、雪の集積、水の集積、及び瓦礫の集積からなるグループから選択される入力により生じることを特徴とする構造物と、
センサアレイを形成する複数の力変換器であって、該力変換器は、圧電センサ、歪みゲージ、圧電抵抗センサ、圧力スイッチ、自己リセットセンサ、及びロードセルからなるグループから選択され、該力変換器は、前記屋根に沿ってその回表面に不規則な格子状に設置され、該格子は、一部のセンサが補強のためのサポートビームに直接支えられる点で役割を果たし、他のセンサが補強のためのサポートビームにより直接には支えられていない中間的な点で役割を果たすようにさせるものであり、該中間的な点には少なくともいくつかの中間点が含まれている、ことを特徴とする複数の力変換器と、
プロセッサ、堅固な記憶装置、及び伝送器からなるデータ分析モジュール（ＤＡＭ）であって、該データ分析モジュールは前記力変換器と通信可能に接続され、
前記センサに各変換器から、センサに及ぼす力を実時間で表示する力の強さ信号を受け取り、
前記堅固な記憶装置に収納されているサーキュラーメモリバッファに各変換器からの力の強さを記録し、
各変換器からの力の強さ信号をその変換器についての前記第１の力の強さの閾値と比較し、いずれかの変換器からの力の強さがその変換器についての前記第１の力の強さの閾値を超える場合は、注意状態に入り、前記伝送器に注意信号を送り、
各変換器からの力の強さ信号をその変換器についての前記第２の力の強さの閾値と比較し、いずれかの変換器からの力の強さがその変換器についての前記第２の力の強さの閾値を超える場合は、前記ＤＡＭが情報伝達インターフェースに警報信号を表示するような警報状態に入るよう構成された、データ分析モジュールと、
固定データ記憶装置及びヒューマンインターフェースからなる監視装置であって、該監視装置は、前記伝送器を介して前記ＤＡＭと通信可能に接続され、
前記ＤＡＭから力の強さの更新入力を連続的に受け取り、
前記屋根の各ポイントに作用する力の強さを実時間で表示する該屋根のワイヤメッシュ図を表示し、
前記ＤＡＭから注意状態の信号を受け取ると、ヒューマンインターフェースと注意状況指示計に出力し、１時間未満の通常の周期で力の強さデータを記録し、
前記ＤＡＭから形状状態信号を受け取ると、前記ヒューマンインターフェースに視覚的かつ聴覚的な警報を出力するとともに連続的に力の強さデータの記録を開始するよう構成された、監視装置と、
前記伝送器を介して前記ＤＡＭと通信可能に接続された実時間警報システムであって、
前記ＤＡＭから警報信号を受け取ると、避難注意報システムを動作させ、前記構造物の危険性について視覚的かつ聴覚的な警報を出力し、該構造物の住民に避難指示を出力するよう構成された、実時間警報システムと、
を具備することを特徴とする表面集積量監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連発明の相互参照）
本願は２０１０年４月２２日に出願された米国仮出願第６１/３２７，０１３号、表題「表面集積量監視システム」に基づく優先権を主張し、該米国仮出願は、参照として本願に組み込まれるものとする。
【０００２】
２００４年１２月２１日に発行された米国特許第６，８３２，５２８号、表題「ロードセル」は参照として本願に組み込まれるものとする。
【０００３】
本願は土木建築工学の分野に関し、より詳しくは、表面集積荷重監視システムに関する。
【背景技術】
【０００４】
屋根のような構造部材は、降雪や降雨のような、外表面に作用する外力による荷重に直面することがある。荷重の集積は、氷によるせき止め又はその他による集積のような、他の問題で表現されることがある。荷重の集積が大きくなると構造物を壊滅的に破損させ、それにより居住者を危険にさらすことがある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】表面集積量監視システムの典型的な実施形態のブロックダイヤグラムである。
【図２】荷重を受けている状態にある構造物の説明図である。
【図３Ａ】過剰な荷重を受けることがある屋根の類型を示す図である。
【図３Ｂ】過剰な荷重を受けることがある屋根の類型を示す図である。
【図３Ｃ】過剰な荷重を受けることがある屋根の類型を示す図である。
【図３Ｄ】過剰な荷重を受けることがある屋根の類型を示す図である。
【図４】力変換器の典型的な配置を示す。
【図５】センサアレイをなす複数の力変換器の典型的な配置を示す。
【発明の概要】
【０００６】
通常の荷重及び過剰な荷重が表面に加わっていることを検出し、実時間又はほぼ実時間でトレンドデータを提供するのに役に立つ表面集積量監視システムを開示する。このシステムには、屋根のような構造部材の外表面に配置した力変換器のアレイが含まれる。典型的な実施形態では、断熱材中に埋め込む場合のように、内表面に変換器を配置することができる。この力変換器は、表面に作用する荷重の力の強さを検出する。データ分析モジュール（ＤＡＭ）は、壊滅的倒壊が起こったとき最新のデータを記憶しておくことができるよう、力の数値をサーキュラーメモリバッファに記憶することができる。ＤＡＭは、実時間での荷重データをユーザに表示し、その他の分析を実行する。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書は、表面集積量計測システムに関する。本開示における表面集積量計測システムには、例えば、構造的な屋根荷重を測定するための表面集積量監視システムが含まれる。風、雨、雪、その他による屋根の荷重が変化したとき、力変換器は、屋根の荷重を分析し計算し、許容できる設計荷重に対する現荷重の比を計算するために、分析装置に有線又は無線で送る信号を生成する。計算装置には、許容できる荷重レベルを設定するためのグラフィカルなユーザインターフェースが含まれる。計算装置は、結果を現場で監視装置に表示し、結果を電子ファイルに記憶させ、あるいは、電話線、ケーブル、インターネット、又は無線を含む種々の電子データ通信の形で結果を遠隔監視場所に送ることができる。計算済みの信号は、荷重が許容値を超えると判断される場合は、注意報及び警報システムを始動させることができる。荷重指示計を排水溝又はその近傍に置く場合は、荷重指示計を屋根又は構造物での排水溝の詰まりを特定又は注意するために使うこともできる。
【０００８】
表面集積量監視システムについて、添付図を参照して更に詳細に説明する。本明細書全体を通して明らかなように、ハイフンを用いて図面を参照することがある。ハイフンを用いる場合は、ハイフンを用いない形式は、対象物の部類を全体として表し、ハイフンを用いた形式は、その対象物の個々の種類又は実例を表す。例えば、装置は、全体として「装置１１０」として表すことができる一方、個々の装置は、「装置１１０−１」として表すことができる
本開示では、監視システムが屋根の監視システムである、典型的な実施形態に関して表面集積量監視システムを説明する。しかしながら、本技術分野における通常の知識を有する者は、ここで開示したシステムを、複数の他の目的に適用することができることは理解するであろう。
【０００９】
図１は、表面集積量監視システムの典型的な実施形態のブロックダイヤグラムである。屋根又は他の類似の構造物のような構造部材１０２には、外表面１１２が含まれている。種々の強さの外力１０４が外表面１１２に作用し、構造部材１０２に応力を加える可能性がある。種々の強さの外力１０４は、環境要因による結果であるかもしれない。例えば、風、積雪、水、堆積物が屋根に荷重を加えることとなる。このような荷重は、構造部材１０２に垂直に作用する複数の入力で表すことができる。
【００１０】
外力１０４の強さが大きすぎる場合は、屋根１０２は完全な状態を維持できなくなり倒壊してしまうことがある。格子状に配列した複数の力変換器を有するセンサアレイ１１０が外表面１１２に取り付けられている。センサアレイ１１０は、当業者に知られている種々のセンサで組み立てることができる。例えば、圧電センサ、歪みゲージ、圧電抵抗、圧力スイッチ、あるいは自己リセットセンサが用いられる。他の典型的な実施形態では、米国特許第６，８３２，５２８号に記載されているようなロードセルが用いられる。
【００１１】
強さが変化する外力１０４が表面１１２に作用すると、力はセンサアレイ１１０で検出され変換される。通信手段１１４は、センサアレイ１１０をデータ分析モジュール（ＤＡＭ）１２０に接続し通信可能にする。通信手段１１４は、物理的な導体とすることができ、または実施の形態に応じて、センサアレイ１１０に無線センサ又はラジオ周波数伝送器を含めることができ、この場合、通信手段１１４は無線通信媒体となる。データ分析モジュール１２０は、適切な有線又は無線通信装置である通信システム１３０と通信可能に接続されている。ＤＡＭ１２０は、センサアレイ１１０から複数の力の強さ信号を受け取る。実施の形態に応じて、センサアレイ１１０の各変換器は、別々の力の強さ信号を出力する。ＤＡＭ１２０は、監視すべき構造物に又はその近傍に配置することができる。実施の形態に応じて、ＤＡＭ１２０は、ほぼ実時間でセンサアレイ１１０を呼び出し、ミリ秒単位の時間間隔で離散的な各々の力信号を受け取ることができる。ＤＡＭ１２０には記憶装置が備えられ、センサアレイ１１０から受け取った信号を連続的に蓄えることができる。場合によっては、例えば、ＤＡＭ１２０が小さく、及び／又は、持ち運び可能に作られている場合、あるいは、記憶装置が特別製の媒体又は堅固な記憶装置媒体である場合は、ＤＡＭ１２０の記憶装置は、比較的小さな記憶装置媒体のみ収納可能にすることができる。ＤＡＭ１２０の記憶装置が連続的な力の強さ信号をいつまでも蓄えるために十分な大きさを持たない場合、記憶装置は、サーキュラーメモリバッファとして構成することができる。サーキュラーメモリバッファは、先入れ先出し構造とし、最も新しいデータをいつも入手可能なようにしておく。ＤＡＭ１２０がサーキュラーメモリバッファを装備することにより、ＤＡＭ１２０が航空機のいわゆる「ブラックボックス」に類似する役割を果たし、壊滅的な事象が生じたときに最新のデータを常に保持することができる。ＤＡＭ１２０の能力をさらに強化して壊滅的な事象が生じたときに役に立つ情報を提供できるように、ＤＡＭ１２０は、不都合な周囲環境に対抗できるように堅固にすることもできる。例えば、ＤＡＭ１２０記憶装置を浸水、衝撃、及び火災のような事象に対応できるように堅固にすることができる。記憶装置は、本願に参照として組み込まれた米国特許第４，６４４，４９４に記載されたような、航空機のブラックボックスの事故耐性記録装置に似たものとすることができる。
【００１２】
実施の形態に応じて、ＤＡＭ１２０は、力の強さ信号を分析し、注意状態又は警報状態のような異なる状態を出力するように構成することができる。例えば、ＤＡＭ１２０は、センサアレイ１１０中の各変換器の第１の力入力の閾値と第２の力入力の閾値とを記憶装置に記憶させておくことができる。閾値の数値は、適格な技術者又は建築士により構造物毎に具体的に選定することができる。技術者又は建築士は、構造上重要なポイントを確実に監視するように力変換器の配置を選定又は導出することもできる。
【００１３】
第１の閾値は、全く集積され得ていない状態より荷重は大きいが、安全動作範囲にある通常の荷重状態に対応させることができる。例えば、通常と少し大きな降雪との間の事象において、構造部材１０２は、切迫した壊滅的な倒壊を示すものではないが、通常より大きな荷重に直面することになろう。このように通常より大きな荷重のある事象において、経時的データを出力する目的でサーキュラーメモリバッファの外に永久的に荷重データを記録することは有益であろう。例えば、センサアレイ１１０から受け取った力の強さは、別の監視装置１６０に送ることができる。監視装置１６０は、デスクトップコンピュータ、ワークステーション、または専用コンピュータでよい。実施の形態に応じて、監視装置１６０は、携帯可能な装置又は適切なソフトウェアをロードしたスマートフォンとすることもできる。監視装置１６０は、通常の荷重状態では永久的に記録を保持することができる。したがって、予期した荷重状態より低い荷重で屋根が崩壊した場合、時系列データにより、通常の、破壊的でない荷重で、倒壊をもたらすことがあるのかどうかを再検討することができる。そのような経時的データは、古い構造物の寿命を適切に決定するために用いることもできる。
【００１４】
典型的な実施形態において、センサアレイ１１０中のいずれかの力変換器が第１の閾値を超える力の入力を受けたことをＤＡＭ１２０が検出した場合、ＤＡＭ１２０は注意状態になる。注意状態になると、ＤＡＭ１２０は、監視装置１６０に注意信号を送ることができる。この注意信号を受け取って、監視装置１６０は、ヒューマンインターフェース１７０に、緊急ではない注意状態の告示を視覚的に提示することができる。監視装置１６０はまた、ＤＡＭ１２０を通常の周期で呼び出し、更新された力の強さを受け取ることができる。次いで、監視装置１６０は固定データ記憶装置１５０に受け取った強さを記憶することができる。ユーザも、ヒューマンインターフェース１７０を介して監視装置１６０とやりとりし、時系列データを見たり分析したりすることができる。
【００１５】
典型的な実施形態において、ＤＡＭ２１０は、センサアレイ１１０中の各力変換器について第２の閾値の数値を記憶しておくことができる。第２の閾値は、構造部材１０２が壊滅的に倒壊する危険が迫ってくるような、過剰な荷重に対応して選定される。
【００１６】
上述の表面集積量監視システムは、モジュール設計とすることができ、完全に一体型のシステム、または、センサ、伝送器及び受信機、分析計、監視景気、及び十分拡張性のある警報装置の分散型ネットワークとすることができる。このシステムは、通信機能を果たすためにインターネットと接続可能な、監視及び警報のための携帯用電子装置と共に用いることもできる。監視装置１６０は、サービスとしてのソフトウェア用ウェブサーバ又はＰＤＡタイプの装置で具体化することができる。このシステムには、電気コンセント、ハードワイヤード電力、太陽熱発電、電池又は無線電力を含むすべての電源から直接電力供給することができる。
【００１７】
上述の表面集積量監視システムは様々な応用範囲で用いることができることは、本技術分野における通常の知識を有する者には当然のことであろう。１つの典型的な実施形態において、表面集積量監視システムは、降雪又は降雨のような荷重を受ける屋根に取り付けることができる。典型的な場合として、大量の降雪により、表面にセンサアレイ１１０を取り付けた屋根１１２の上に力１０４が加わる。降雪が蓄積されるにつれて、加わる力１０４の強さが増加し、ＤＡＭ１２０は、加わる力１０４を、通常の荷重が加わる事象と過剰な荷重が加わる事象とに応じてプログラムされた閾値と比較する。
【００１８】
各変換器の第２の閾値は、倒壊その他の崩壊の危険性が存在する強さの力が生じていることを示すために選定されている。いずれかの変換器にかかる荷重が第２の閾値を超えていることをＤＡＭ１２０が検知した場合は、ＤＡＭ１２０は警報状態に入る。この警報状態において、ＤＡＭ１２０は警報信号を実時間警報システム１４０に送る。実時間警報システムは、現在の荷重状態に基づき崩壊の可能性の計算精度を上げるといったような、さらなる分析を行うことができる。例えば、実時間警報システム１４０は、瞬時の荷重なので構造物に差し迫った倒壊の危険性はないが、この過剰な荷重により構造物を完全な状態に保持することが損なわれる可能性があると判断することがある。このことは、居住者の安全性を確保するため積層物を屋根から十分排除するまで、少なくとも一時的に建物から積層物を排除する必要があることを意味する。実時間警報システム１４０は、過剰な荷重に基づいて、倒壊が差し迫っているかどうかを決定することもできる。次いで、実時間警報システム１４０は避難注意報システム１８０を作動させることができる。避難注意報システム１８０は、視覚的に及び／又は聴覚的に避難注意報を発することができ、さらに、建物の居住者に対する好ましい避難経路を表示するとか、好ましい集合場所のような情報を提供するとかの、他の有益な情報を提供することもできる。
【００１９】
監視装置１６０は、警報信号を受け取ることもでき、他の補助的な動作を行うこともできる。例えば、ＤＡＭ１２０を呼び出し普段通りにセンサの読みを更新させる代わりに、連続的に最新のデータの受け取りを開始することができる。したがって、崩壊の事象が生じたとき、その事象を取り巻くセンサデータがＤＡＭ１２０の堅固な記憶装置から入手可能であるとともに、ユーザインターフェース１６０のデータ記憶装置１５０からでも入手可能となる。
【００２０】
図２は、集積物及び荷重負荷により生じる潜在的な危険性を示す、典型的な構造物を示している。この例において、構造部材１０２は構造物２８０の屋根であり、構造物２８０とは家又は他の類似する構造物である。屋根１０２の特定の部分はサポートビーム２７０で直接支えられている。サポートビーム２７０は壁、柱、又は他の構造支持機構である。屋根１０２のその他の部分は、サポートビーム２７０の間にあり直接的な支えはない。構造物の、サポートビーム２７０により直接支えられていない部分は、中間部分というように称されている。この中間部分は構造的な故障の影響を最も受ける。サポートビーム２７０に関連して特別な問題が生じる。例えば、この典型的な実施形態において、雪２３４が屋根１０２の上に積もっている。熱ダクト２１２が構造物２８０の中に置かれている。熱ダクト２１２は熱伝導２１０により屋根１０２を加熱することができる。雪２３４が解け、水が外表面１１２のから流れ落ちるようになる。水が屋根の突出部２９０に向かって流れ落ちた後、ヒートロス２１０により熱が除去されると水は再び冷却し始める。水は再凍結し、氷のダム２３０を形成する。新たに加わった雪２３４が解けるにつれて、水は氷のダム２３０の上流にたまり、せき止められた水２３２が溜まったプールを形成する。このようにして屋根１０２は、雪２３４、せき止められた水２３２、及び氷のダム２３０からの力が合成された力を受けることになる。
【００２１】
さらに、対流２１４による損失が生じる。熱伝導２１０及び対流２１４により、熱交換が生じ、これが雪２３４の溶融を助長する。
【００２２】
せき止められた水２３２は、屋根を通して壁に漏れることによりさらなる問題を生じさせることがある。これにより、断熱材２４０を濡らし及び／又は断熱材２４０に付着し、カビ及びカビによるしみ２６０の原因となる。これは、健康及び物質的な安全性に害を及ぼす。
【００２３】
図３は、好ましくない集積が生じた場合の他の典型的な構成を示している。図３Ａでは、２つのレベル面を持つ構造物が２つのレベルの結合部で雪が集積している。低い方のレベルの屋根１０２は、ドリフト３１０により過剰な荷重を受けることがある。他の典型的な実施形態において、勾配のある屋根１０２を持つ構造物が風の力３２２を受けている。風３２２により、屋根１０２の風下の側に雪が堆積することがある。図３Ｃ及び３Ｄは、欄干壁のある構造物を示している。欄干壁により、積雪が小さなドリフト３３０から大きなドリフト３４０に移行することがある。小さなドリフト３３０では通常の荷重を加えることになり、ＤＡＭ１２０が注意状態になる一方、大きなドリフト３４０では過剰な荷重を加えることになり、ＤＡＭ１２０が警報状態になる。
【００２４】
図４は、力変換器４１０の典型的な配置を示す。１０の力変換器は、センサアレイ１１０の一部である。力変換器４１０は、構造部材１０２の外表面１１２に取り付けるように配置する。１０の力変換器は、通信手段１１４を介してＤＡＭ１２０と通信可能に接続されている。
【００２５】
代替的な実施の形態において、センサは、内表面に沿って設置することもできる。例えば、力変換器を断熱材の中に埋め込むこともできる。この場合、力の強さは、構造物の素材により幾分減衰することがある。力変換器がこのような外力が減衰するようなところに取り付けられる場合、変換器での閾値は、技術者によって適切に調整する必要があるであろう。
【００２６】
図５は、変換器アレイ１１０の典型的な実施形態をより詳しく示している。特に、この実施形態には、センサアレイ１１０が格子状に置かれているが、この格子は、力変換器４１０が等間隔に置かれているような通常の長方形の格子である必要はない。むしろ、力変換器の配置は、望ましい計測点に対応して選定してもよい。例えば、サポートビーム２７０が構造部材１０２の特定の場所を直接支えているように示されている。力変換器４１０−１、４１０−３、及び４１０−４は、実質的にサポートビーム２７０の上になるよう配置することができる。力変換器４１０−２は、変換器４１０−１及び４１０−３の間の中間点５１０に置くことができる。中間点５１０は、４１０−１と４１０−３との直線部分の構造的に最も弱い部分を表している。
【００２７】
第１の閾値は、通常の荷重状態を表すだけなので、第１の閾値に近似する値を各力変換器について選定することができる。
【００２８】
力変換器４１０−１、４１０−３、及び４１０−４の第２の閾値は、これらの点は荷重が加わっても壊れにくい点なので、比較的大きな値に選定することができる。力変換器４１０−２の第２の閾値は、中間点５１０では比較的小さい荷重で構造的崩壊につながるので、他の力変換器に対する値に比べて小さい値とすることができる。
【００２９】
力変換器の配置を、構造物の崩壊をもたらす過剰な荷重とは別の問題を表示させるために定めることもできる。例えば、氷のダム２３０が排水路上に形成された場合、水を適切に排水することができなくなる。排水路に又はその近傍に力変換器４１０を置くことで、氷の集積に応じた力の入力を検出するように構成することができ、氷の集積があった場合ユーザが是正処置を取ることができるように、注意状態が出力される。同様に、全体的な荷重分布を作成するために、種々の力変換器の力の強さを比較するための、さらに進歩したアルゴリズムを使うこともできる。荷重分布は、例えば、氷によるせき止め２３０により、せき止められた雪２３４の溶融による水２３２の集積が生じたかどうかを判断するために用いることができる。これは、例えば、氷のダム２３０、せき止められた水２３２、及び雪２３４が異なる密度を持つことによる。異なる負荷を持つ３つの別個の領域を検出することにより、ＤＡＭ１２０は、氷によるせき止め事象が生じていることを検出し、ユーザインターフェース１７０を介してユーザに特別な注意を与えることができる。
【００３０】
実施の形態に応じて、ユーザインターフェース１７０は、ユーザがもっと洗練された処理を行うことができるようにプログラムすることができる。例えば、 ユーザインターフェース１７０は、ユーザが力変換器についての閾値を選択的に変更し、あるいは閾値をさらに追加し、これらの閾値を取ることについてプログラム可能なルールを作ることができるようにすることができる。ユーザインターフェース１７０は、構造部材１０２の実時間ワイヤメッシュ図を表示することのできる模型化ソフトウェアを提供することもでき、エンドユーザが実時間で構造物への応力を監視することができるように荷重と歪みとを表示する技術分野でよく用いられるような、カラーコード化された又は陰影をつけた歪み表示もできる。
【００３１】
上述のように人の安全性に対する利点があるのに加えて、このシステムを利用することにより商業的な利点も導き出すことができる。 例えば、保険会社は商業的構造物に保険をかけるために大きな料金を課している。本開示の表面集積量監視システムにより、壊滅的倒壊又は崩壊の危険性が大きく減少し、これにより保険料率を下げることができる。そして、データ分析モジュール１２０が実時間荷重情報をユーザインターフェース１６０に実時間又はほぼ実時間で提供することができるので、荷重の時間的推移を正確に追跡することができるよう、荷重データを定期的にデータ記憶装置１５０に保存することができる。時間的推移は、崩壊が切迫していることを予知するため、又は崩壊したビルディングの事後的な分析を行うのに役立つであろう。このような分析により、構造物が時間経過により弱くなったのか、１つの壊滅的な事象により損傷を受けたのかの判断の糸口を生み出すことができる。荷重の推移は、例えば、統計分析用の一覧表を改善し、構造技術者の将来の世代に役立てるために用いることができる。
【００３２】
この明細書の主題を１以上の典型的な実施形態に関連して説明したが、これは、特許請求の範囲を特定の形式に限定することを意図するものではない。そうではなく、添付した特許請求の範囲により、本発明の精神及び技術的範囲に含まれる変更、修正、及び等価物を示すものとする。
【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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【国際調査報告】
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