(57)【要約】【課題】簡便な構造で安価に作成でき、対象物の変形を容易に視認することができる歪みセンサを提供する。【解決手段】対象物に設置され対象物の変形を検出する歪みセンサは、第１フレーム及び第１フレームと分割可能に接続される第２フレームを含み対象物に設置されるフレーム部材と、第１フレームに固定される第１固定部と、第２フレームに固定される第２固定部と、第１固定部と第２固定部との間に配置され対象物の変形により応力が加わると破断する破断部とを有するセンサ部材と、センサ部材の表面に設けられ破断部が破断したときに外観が変化するセンサ膜と、を備える。【選択図】図１
2017129502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に設置され前記対象物の変形を検出する歪みセンサであって、
第１フレーム及び前記第１フレームと分割可能に接続される第２フレームを含み前記対象物に設置されるフレーム部材と、
前記第１フレームに固定される第１固定部と、前記第２フレームに固定される第２固定部と、前記第１固定部と前記第２固定部との間に配置され前記対象物の変形により応力が加わると破断する破断部とを有するセンサ部材と、
前記センサ部材の表面に設けられ前記破断部が破断したときに外観が変化するセンサ膜と、
を備える歪みセンサ。
【請求項２】
前記センサ膜は、前記第１固定部及び前記第２固定部の少なくとも一方に設けられる、
請求項１に記載の歪みセンサ。
【請求項３】
前記センサ部材に張力が加えられた状態で、前記第１固定部が前記第１フレームに固定され、前記第２固定部が前記第２フレームに固定される、
請求項１又は請求項２に記載の歪みセンサ。
【請求項４】
前記フレーム部材は、前記対象物に支持される第１脚部と、前記対象物に支持される第２脚部と、前記第１脚部と前記第２脚部とを結ぶブリッジ部と、を有し、
前記第１フレームと前記第２フレームとは前記ブリッジ部で分割可能であり、
前記第１脚部は、前記センサ部材の前記第１固定部と固定され、
前記第２脚部は、前記センサ部材の前記第２固定部と固定され、
前記ブリッジ部は、前記センサ部材及び前記対象物から離れている、
請求項３に記載の歪みセンサ。
【請求項５】
前記第１脚部及び前記第２脚部の厚みは、前記ブリッジ部の厚みよりも厚く、
厚み方向において、前記第１脚部及び前記第２脚部の中心の位置と前記ブリッジ部の中心の位置とは異なる、
請求項３又は請求項４に記載の歪みセンサ。
【請求項６】
前記センサ部材と接触する前記第１脚部の表面及び前記第２脚部の表面は、曲面を含む、請求項５に記載の歪みセンサ。
【請求項７】
前記センサ膜は、脆性材料で形成された脆性膜を含む、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の歪みセンサ。
【請求項８】
前記脆性膜が設けられる前記センサ部材の表面の色と、前記脆性膜の色とは異なる、
請求項７に記載の歪みセンサ。
【請求項９】
前記センサ膜は、応力発光材料で形成された応力発光膜を含む、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の歪みセンサ。
【請求項１０】
前記センサ膜は、応力変色材料で形成された応力変色膜を含む、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の歪みセンサ。
【請求項１１】
前記センサ部材の表面は、間隔をあけて複数の突起部が設けられた凹凸領域を含み、
前記センサ膜は、前記凹凸領域に設けられる、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の歪みセンサ。
【請求項１２】
前記センサ部材は、第１応力が加わると破断する第１破断部を有する第１センサ部材と、前記第１応力とは異なる第２応力が加わると破断する第２破断部を有する第２センサ部材とを含む、
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の歪みセンサ。
【請求項１３】
対象物に設置された請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の歪みセンサの画像データを取得する画像データ取得部と、
前記画像データ取得部で取得された画像データを表示装置に表示させるために制御信号を出力する表示制御部と、
を備える監視システム。
【請求項１４】
前記歪みセンサの画像データがカメラで取得され、
前記画像データ取得部は、前記カメラで取得された前記画像データを無線通信で取得する、
請求項１３に記載の監視システム。
【請求項１５】
対象物に設置され前記対象物の変形を検出する歪みセンサの製造方法であって、
第１フレームと第２フレームとを分割可能に接続してフレーム部材を作成することと、
第１固定部、第２固定部、及び前記第１固定部と前記第２固定部との間に配置され前記対象物の変形により応力が加わると破断する破断部を有するセンサ部材に張力を加えた状態で、前記第１固定部を前記第１フレームに固定し、前記第２固定部を前記第２フレームに固定することと、
前記張力が加えられた前記センサ部材の表面に、前記破断部が破断したときに外観が変化するセンサ膜を設けることと、
を含む歪みセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪みセンサ、監視システム、及び歪みセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばプラントの配管設備や機械設備に過大な荷重が加わると、その設備は安全のために使用を停止する必要がある。過大な負荷がかかった可能性がある設備を再使用するためには、設備に生じた変形又は歪みを把握して健全性を評価する必要がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５１９２０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで稼動中の設備に過大な荷重がかかったかどうかを把握するために常時監視することは、装置費用、設置費用、点検費用、装置メンテナンス費用、装置の稼働費用、及びデータ処理費用等、様々な費用が発生し、大きな負担となる。さらに地震や事故による過大な荷重の負荷に備えて設備を常時監視することは費用対効果が悪い。
【０００５】
また、配管設備の負荷を監視する場合、ルート形状、配管スペック、及び支持点等により、負荷状態が多様であるため、画一的な評価が難しく、健全性を評価するためにはルート毎に個別評価する必要がある。
【０００６】
また、配管設備の健全性を評価する場合、従来においては、配管自体の負荷を計測していないため、建屋や地盤等の設置場所に関する負荷データを基に評価する。そのため、系統構成に関係なく配管ルート毎の健全性確認となり、系統別に部分的に再使用することが難しいため、プラントの稼働率が著しく悪化する。
【０００７】
配管自体の負荷を計測していないため、配管全数で詳細な検査や解析評価が必要でプラントの健全性確認に関わる工数が膨大になる。
【０００８】
設備の負荷を常時監視する安価な方法として、断線センサを使用する方法がある。断線センサによれば、想定以上の負荷がかかるとセンサ線が破断し、センサ線の破断から想定値以上の負荷発生を把握することができる。しかし、通電や拡大鏡による読み取り作業など、センサ線の破断検出に複雑な作業が必要で、適用先が限定される。
【０００９】
本発明は、簡便な構造で安価に作成でき、プラントの設備のような対象物の変形を容易に視認することができる歪みセンサ、監視システム、及び歪みセンサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、対象物に設置され前記対象物の変形を検出する歪みセンサであって、第１フレーム及び前記第１フレームと分割可能に接続される第２フレームを含み前記対象物に設置されるフレーム部材と、前記第１フレームに固定される第１固定部と、前記第２フレームに固定される第２固定部と、前記第１固定部と前記第２固定部との間に配置され前記対象物の変形により応力が加わると破断する破断部とを有するセンサ部材と、前記センサ部材の表面に設けられ前記破断部が破断したときに外観が変化するセンサ膜と、を備える歪みセンサが提供される。
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、分割可能なフレーム部材が対象物に設置されるので、対象物が変形したとき、第１フレームと第２フレームとは分離される。第１フレームと第２フレームとが分離されると、第１固定部が第１フレームに固定され、第２固定部が第２フレームに固定されているセンサ部材の破断部に対象物の変形に応じた応力が加わり、その破断部は破断する。破断部が破断すると、センサ部材の表面に設けられているセンサ膜が歪変形し、そのセンサ膜の外観が変化する。したがって、センサ膜の外観を監視すれば、対象物の変形を容易に視認することができる。本発明の第１の態様によれば、歪みセンサは電源がなくても作動することができ、簡便な構造で安価に作成することができる。
【００１２】
本発明の第１の態様において、前記センサ膜は、前記第１固定部及び前記第２固定部の少なくとも一方に設けられることが好ましい。
【００１３】
センサ膜が破断部に設けられると、破断部が破断したときセンサ膜も破断してしまい、視認性が低下する。センサ膜が第１固定部及び第２固定部の少なくとも一方に設けられることにより、センサ膜の外観を良好な視認性で把握することができる。
【００１４】
本発明の第１の態様において、前記センサ部材に張力が加えられた状態で、前記第１固定部が前記第１フレームに固定され、前記第２固定部が前記第２フレームに固定されることが好ましい。
【００１５】
張力が加えられた状態でセンサ部材がフレーム部材に固定されることにより、破断部が破断する前にセンサ部材に加わっている応力と、破断部が破断した後にセンサ部材に加わる応力との差を大きくすることができる。破断部の破断前後における応力変化量を大きくすることができるので、センサ膜の外観は十分に変化する。したがって、センサ膜の外観の変化を高い視認性で把握することができる。
【００１６】
本発明の第１の態様において、前記フレーム部材は、前記対象物に支持される第１脚部と、前記対象物に支持される第２脚部と、前記第１脚部と前記第２脚部とを結ぶブリッジ部と、を有し、前記第１フレームと前記第２フレームとは前記ブリッジ部で分割可能であり、前記第１脚部は、前記センサ部材の前記第１固定部と固定され、前記第２脚部は、前記センサ部材の前記第２固定部と固定され、前記ブリッジ部は、前記センサ部材及び前記対象物から離れていることが好ましい。
【００１７】
これにより、対象物が変形したとき、第１フレームと第２フレームとはブリッジ部において分離される。ブリッジ部は対象物から離れているので、第１フレームと第２フレームとは円滑に分離される。また、ブリッジ部はセンサ部材から離れているので、応力が加わったときセンサ部材の破断部は円滑に破断される。
【００１８】
本発明の第１の態様において、前記第１脚部及び前記第２脚部の厚みは、前記ブリッジ部の厚みよりも厚く、厚み方向において、前記第１脚部及び前記第２脚部の中心の位置と前記ブリッジ部の中心の位置とは異なることが好ましい。
【００１９】
センサ部材に張力が加えられた状態で、第１固定部が第１脚部に固定され、第２固定部が第２脚部に固定されたとき、フレーム部材にはフレーム部材を反り返らせるような力が加わる。厚み方向において第１脚部及び第２脚部の中心の位置とブリッジ部の中心の位置とを異ならせることにより、センサ部材によってフレーム部材に反り返らせるような力が加わっても、フレーム部材の反り返り変形が抑制される。
【００２０】
本発明の第１の態様において、前記センサ部材と接触する前記第１脚部の表面及び前記第２脚部の表面は、曲面を含むことが好ましい。
【００２１】
センサ部材と接触する第１脚部の表面及び第２脚部の表面が丸みを帯びることにより、センサ部材に張力を加えやすい。また、破断部が破断したとき、張力は円滑に解放されるので、センサ膜の外観は十分に変化する。
【００２２】
本発明の第１の態様において、前記センサ膜は、脆性材料で形成された脆性膜を含むことが好ましい。
【００２３】
センサ膜が脆性材料で形成されることにより、破断部が破断して脆性膜が歪変形すると、脆性膜に亀裂が発生したり、脆性膜の一部が剥離したりする。そのため、脆性膜の外観を監視すれば、対象物の変形を容易に把握することができる。
【００２４】
本発明の第１の態様において、前記脆性膜が設けられる前記センサ部材の表面の色と、前記脆性膜の色とは異なることが好ましい。
【００２５】
脆性膜に亀裂が発生したり、脆性膜の一部が剥離したりした場合、脆性膜の下地であるセンサ部材の表面の一部が露出することとなる。そのため、下地であるセンサ部材の表面の色と脆性膜の色とを異ならせておくことにより、高いに視認性で脆性膜が破壊されたか否かを把握することができる。
【００２６】
本発明の第１の態様において、前記センサ膜は、応力発光材料で形成された応力発光膜を含むことが好ましい。
【００２７】
センサ膜が応力発光材料で形成されることにより、破断部が破断して応力発光膜が歪変形すると、その応力発光膜が発光する。そのため、応力発光膜の外観を監視すれば、対象物の変形を容易に把握することができる。
【００２８】
本発明の第１の態様において、前記センサ膜は、前記センサ膜は、応力変色材料で形成された応力変色膜を含むことが好ましい。
【００２９】
センサ膜が応力変色材料で形成されることにより、破断部が破断して応力変色膜が歪変形すると、その応力変色膜が変色する。そのため、応力発光膜の外観を監視すれば、対象物の変形を容易に把握することができる。
【００３０】
本発明の第１の態様において、前記センサ部材の表面は、間隔をあけて複数の突起部が設けられた凹凸領域を含み、前記センサ膜は、前記凹凸領域に設けられることが好ましい。
【００３１】
凹凸領域にセンサ膜が設けられることにより、破断部が破断してセンサ部材が変形又は変位したとき、凹凸領域に設けられているセンサ膜の歪変形量は大きくなる。そのため、センサ膜の外観の変化の度合いは大きくなるので、センサ膜の外観の変化を高い視認性で把握することができる。
【００３２】
本発明の第１の態様において、前記センサ部材は、第１応力が加わると破断する第１破断部を有する第１センサ部材と、前記第１応力とは異なる第２応力が加わると破断する第２破断部を有する第２センサ部材とを含むことが好ましい。
【００３３】
破断する応力が異なる破断部をそれぞれ有する複数のセンサ部材が設けられることにより、破断した破断部を有するセンサ部材を監視することによって、対象物にどれくらいの荷重が加わりどれくらい変形したのかを把握することができる。
【００３４】
本発明の第２の態様に従えば、対象物に設置された第１の態様の歪みセンサの画像データを取得する画像データ取得部と、前記画像データ取得部で取得された画像データを表示装置に表示させるために制御信号を出力する表示制御部と、を備える監視システムが提供される。
【００３５】
本発明の第２の態様によれば、対象物の変形を簡便な構造で安価に監視することができる。
【００３６】
本発明の第２の態様において、前記歪みセンサの画像データがカメラで取得され、前記画像データ取得部は、前記カメラで取得された前記画像データを無線通信で取得することが好ましい。
【００３７】
これにより、対象物の変形を遠隔監視することができる。
【００３８】
本発明の第３の態様に従えば、対象物に設置され前記対象物の変形を検出する歪みセンサの製造方法であって、第１フレームと第２フレームとを分割可能に接続してフレーム部材を作成することと、第１固定部、第２固定部、及び前記第１固定部と前記第２固定部との間に配置され前記対象物の変形により応力が加わると破断する破断部を有するセンサ部材に張力を加えた状態で、前記第１固定部を前記第１フレームに固定し、前記第２固定部を前記第２フレームに固定することと、前記張力が加えられた前記センサ部材の表面に、前記破断部が破断したときに外観が変化するセンサ膜を設けることと、を含む歪みセンサの製造方法が提供される。
【００３９】
本発明の第３の態様によれば、対象物の変形を視認することができる歪みセンサを簡便な構造で安価に製造することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、簡便な構造で安価に作成でき、プラントの設備のような対象物の変形を容易に視認することができる歪みセンサ、監視システム、及び歪みセンサの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、第１実施形態に係る歪みセンサの一例を示す側面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る歪みセンサの一例を示す平面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るフレーム部材の一例を示す側面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係るフレーム部材の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係るセンサ部材の一例を示す平面図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る歪みセンサの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、第１実施形態に係る歪みセンサが対象物に設置された状態を示す側面図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る歪みセンサのセンサ部材の破断部が破断した状態を示す側面図である。
【図９】図９は、第１実施形態に係る歪みセンサのセンサ部材の破断部が破断した状態を示す平面図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態に係る監視システムの一例を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係る歪みセンサのセンサ部材の破断部が破断した状態を示す平面図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態に係る歪みセンサのセンサ部材の破断部が破断した状態を示す平面図である。
【図１３】図１３は、第４実施形態に係る歪みセンサの一部を拡大した図である。
【図１４】図１４は、第５実施形態に係る歪みセンサの一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００４３】
以下の説明においては、３次元直交座標系を設定し、この３次元直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の第１軸と平行な方向をＸ軸方向とし、第１軸と直交する水平面内の第２軸と平行な方向をＹ軸方向とし、水平面と直交する第３軸と平行な方向をＺ軸方向とする。
【００４４】
＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る歪みセンサ１の一例を示す側面図である。図２は、本実施形態に係る歪みセンサ１の一例を示す平面図である。歪みセンサ１は、対象物に設置され、その対象物の変形（歪み変形）を検出する。対象物は、例えばプラントの設備であり、配管設備又は機械設備が例示される。
【００４５】
図１及び図２に示すように、歪みセンサ１は、対象物に設置されるフレーム部材１０と、フレーム部材１０に固定されるセンサ部材２０と、センサ部材２０の表面に設けられたセンサ膜３０とを備える。
【００４６】
図３は、本実施形態に係るフレーム部材１０の一例を示す側面図である。図４は、本実施形態に係るフレーム部材１０の一例を示す平面図である。フレーム部材１０は、金属製でもよいしプラスチック製でもよい。図１、図２、図３、及び図４に示すように、フレーム部材１０は、第１フレーム１１と、第１フレーム１１と分割可能に接続される第２フレーム１２を含む。第１フレーム１１と第２フレーム１２とはＸ軸方向に配置される。
【００４７】
フレーム部材１０は、対象物に支持される第１脚部１３と、対象物に支持される第２脚部と、第１脚部１３と第２脚部１４とを結ぶブリッジ部１５と、を有する。第１脚部１３と第２脚部１４とは、Ｘ軸方向に離れて配置される。ブリッジ部１５は、第１脚部１３と第２脚部１４との間に配置される。ブリッジ部１５は、Ｙ軸方向に２つ設けられる。
【００４８】
第１脚部１３は、第１フレーム１１に設けられる。第２脚部１４は、第２フレーム１２に設けられる。第１フレーム１１と第２フレーム１２とはブリッジ部１５で分割可能である。第１フレーム１１に第１ブリッジ１５Ａが設けられ、第２フレーム１２に第２ブリッジ１５Ｂが設けられる。第１ブリッジ１５Ａは、第１脚部１３から＋Ｘ方向に突出するように設けられる。第２ブリッジ１５Ｂは、第２脚部１４から−Ｘ方向に突出するように設けられる。第１ブリッジ１５Ａの＋Ｘ側の端部と第２ブリッジ１５Ｂの−Ｘ側の端部とが接続されることによって、第１フレーム１１と第２フレーム１２とが接続される。
【００４９】
第１脚部１３の表面及び第２脚部１４の表面は曲面を含む。ＸＺ平面において、第１脚部１３の表面の少なくとも一部及び第２脚部１４の表面の少なくとも一部は円弧状である。
【００５０】
図１に示すように、第１脚部１３及び第２脚部１４のＺ軸方向の寸法である厚みＨａは、ブリッジ部１５の厚みＨｂよりも厚い。厚み方向（Ｚ軸方向）において、第１脚部１３及び第２脚部１４の中心の位置Ｃａとブリッジ部１５の中心の位置Ｃｂとは異なる。位置Ｃｂのほうが位置Ｃａよりも＋Ｚ側（上側）に配置される。
【００５１】
Ｚ軸方向において、第１脚部１３の上端部１３Ｔの位置と第２脚部１４の上端部１４Ｔの位置とは等しい。ブリッジ部１５の上面１５Ｔの位置は、上端部１３Ｔの位置及び上端部１４Ｔの位置よりも−Ｚ側（下側）に配置される。
【００５２】
Ｚ軸方向において、第１脚部１３の下端部１３Ｕの位置と第２脚部１４の下端部１４Ｕの位置とは等しい。ブリッジ部１５の下面１５Ｕの位置は、下端部１３Ｕの位置及び下端部１４Ｕの位置よりも＋Ｚ側（上側）に配置される。
【００５３】
上端部１３Ｔ及び上端部１４Ｔは、曲面の上端部である。下端部１３Ｕ及び下端部１４Ｕは、平坦面である。
【００５４】
図５は、本実施形態に係るセンサ部材２０の一例を示す平面図である。図１、図２、及び図５に示すように、センサ部材２０は、第１フレーム１１に固定される第１固定部２１と、第２フレーム１２に固定される第２固定部２２と、第１固定部２１と第２固定部２２との間に配置され対象物の変形により応力が加わると破断する破断部２３とを有する。
【００５５】
センサ部材２０は、金属製のフィルム部材である。なお、センサ部材２０は、プラスチック製のフィルム部材でもよい。
【００５６】
Ｙ軸方向において、第１固定部２１の寸法と第２固定部２２の寸法とは等しい。Ｙ軸方向において、破断部２３の寸法は、第１固定部２１の寸法及び第２固定部２２の寸法よりも小さい。破断部２３は、センサ部材２０のくびれ部である。
【００５７】
第１脚部１３は、センサ部材２０の第１固定部２１と固定される。第２脚部１４は、センサ部材２０の第２固定部２２と固定される。センサ部材２０の第１固定部２１は、少なくとも第１脚部１３の上端部１３Ｔに固定される。センサ部材２０の第２固定部２２は、少なくとも第２脚部１４の上端部１４Ｔに固定される。センサ部材２０と接触する第１脚部１３の表面及び第２脚部１４の表面は、曲面である。本実施形態において、第１固定部２１は、第１脚部１３の上端部１３Ｔのみならず、第１脚部１３の側面及び下端部１３Ｕにも固定される。第２固定部２２は、第２脚部１４の上端部１４Ｔのみならず、第２脚部１４の側面及び下端部１４Ｕにも固定される。
【００５８】
センサ部材２０は、第１脚部１３及び第２脚部１４に支持される。ブリッジ部１５は、センサ部材２０から離れている。センサ部材２０の第１固定部２１及び第２固定部２２は、フレーム部材１０に接続され、センサ部材２０の破断部２３は、フレーム部材１０から離れている。
【００５９】
破断部２３は、規定の応力が加わると破断する。破断部２３が破断されるときの破断応力は、例えば、破断部２３のＹ軸方向の寸法、破断部２３の厚み（Ｚ軸方向の寸法）、及び破断部２３の材料特性の少なくとも一部が調整されることによって調整可能である。
【００６０】
図５に示すように、第１固定部２１の表面に着色領域２５が設けられる。第２固定部２２の表面に着色領域２６が設けられる。センサ部材２０の基材である金属製のフィルム部材の一部に塗料が塗布されることによって着色領域２５，２６が形成されてもよい。なお、センサ部材２０の基材が不透明の部材であれば、塗料を使わずに、その基材自体の色を活用して着色領域２５，２６が設定されてもよい。
【００６１】
センサ膜３０は、センサ部材２０の表面に設けられる。センサ部材２０の破断部３０が破断して、センサ部材２０が変位又は変形したとき、センサ膜３０の外観が変化する。
【００６２】
本実施形態において、センサ膜３０は、脆性材料で形成された脆性膜である。脆性材料は、破断に至るまでの歪みが小さい材料である。脆性膜として、セラミックス膜又は金属膜が例示される。
【００６３】
センサ膜３０は、センサ部材２０の表面のうち、第１固定部２１の表面及び第２固定部２２の表面の少なくとも一方に設けられる。本実施形態において、センサ膜３０は、第１固定部２１の表面及び第２固定部２２の表面の両方に設けられる。
【００６４】
本実施形態において、センサ膜３０は、センサ部材２０の表面のうち、着色領域２５，２６を覆うように設けられる。着色領域２５，２６は、センサ膜３０で被覆される。
【００６５】
本実施形態において、センサ膜３０（脆性膜）が設けられるセンサ部材２０の表面の着色領域２５，２６の色と、センサ膜３０の色とは異なる。着色領域２５，２６が赤色である場合、センサ膜３０として青色の脆性膜が採用される。
【００６６】
次に、本実施形態に係る歪みセンサ１の製造方法の一例について説明する。図６は、本実施形態に係る歪みセンサ１の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００６７】
まず、第１フレーム１１と第２フレーム１２とが分割可能に接続される。これにより、フレーム部材１０が作成される（ステップＳＰ１）。
【００６８】
次に、センサ部材２０に張力を加えた状態で、センサ部材２０の第１固定部２１がフレーム部材１０の第１フレーム１１の第１脚部１３に固定され、センサ部材２０の第２固定部２２がフレーム部材１０の第２フレーム１２の第２脚部１４に固定される（ステップＳＰ２）。
【００６９】
センサ部材２０がフレーム部材１０に固定された後、センサ部材２０の着色領域２５，２６を覆うように、センサ部材２０の表面に脆性材料が塗布される。これにより、センサ部材２０の表面にセンサ膜３０が形成される（ステップＳＰ３）。
【００７０】
図７は、本実施形態に係る歪みセンサ１が対象物Ｐである配管に設置された状態を示す側面図である。図７に示すように、第１脚部１３の下端部１３Ｕ及び第２脚部１４の下端部１４Ｕがセンサ部材２０を介して対象物Ｐに接続される。ブリッジ部１５は、センサ部材２０及び対象物Ｐから離れている。
【００７１】
例えば地震等により対象物Ｐが歪み変形した場合、その対象物Ｐに設置されている歪みセンサ１に力が加わる。歪みセンサ１に力が加わると、第１フレーム１１と第２フレーム１２が相対的に変位し、第１フレーム１１と第２フレーム１２とが分離される。第１フレーム１１と第２フレーム１２とが分離されると、第１固定部２１が第１フレーム１１の第１脚部１３に固定され、第２固定部２２が第２フレーム１２の第２脚部１４に固定されているセンサ部材２０の破断部２３に、対象物Ｐの変形に応じた応力が加わる。その結果、センサ部材２０の破断部２３は破断する。
【００７２】
図８は、本実施形態に係る歪みセンサ１のセンサ部材２０の破断部２３が破断した状態を示す側面図である。図９は、本実施形態に係る歪みセンサ１のセンサ部材２０の破断部２３が破断した状態を示す平面図である。
【００７３】
図８及び図９に示すように、破断部２３が破断すると、センサ部材２０の表面に設けられているセンサ膜３０が歪変形し、そのセンサ膜３０の外観が変化する。本実施形態においては、センサ膜３０は脆性膜であり、そのセンサ膜３０が歪み変形すると、図９に示すように、センサ膜３０に亀裂が発生したり、センサ膜３０の一部が剥離したりする。その結果、センサ膜３０の下地であるセンサ部材２０の表面の一部が露出することとなる。
【００７４】
したがって、センサ膜３０の外観が監視されることにより、対象物Ｐが歪み変形したか否かを把握することができる。
【００７５】
本実施形態においては、センサ膜３０が設けられるセンサ部材２０の着色領域２５，２６の色と、センサ膜３０の色とは異なる。そのため、センサ膜３０に亀裂が発生したり、センサ膜３０の一部が剥離したりして、センサ膜３０の下地であるセンサ部材２０の着色領域２５，２６の少なくとも一部が露出した場合、着色領域２５，２６とセンサ膜３０との色の差異により、高いに視認性でセンサ膜３０が破壊されたか否かを把握することができる。
【００７６】
図１０は、本実施形態に係る監視システム１００の一例を模式的に示す図である。監視システム１００は、歪みセンサ１の画像データを取得して、対象物Ｐが歪み変形したか否かを監視する。図１０に示すように、監視システム１００は、コンピュータシステム１０１を有する。コンピュータシステム１０１は、対象物Ｐに設置された歪みセンサ１の画像データを取得する画像データ取得部１０２と、画像データ取得部１０２で取得された画像データを表示装置１０４に表示させるために制御信号を出力する表示制御部１０３と、を備える。
【００７７】
歪みセンサ１の画像データは、カメラ１０５によって取得される。カメラ１０５は、プラントに設けられている監視台に設置されていてもよいし、走行ロボットのような移動体に搭載されていてもよい。カメラ１０５は、歪みセンサ１の画像データを取得する。カメラ１０５により、高所や狭小部を問わず、歪みセンサ１の画像データを取得することができる。
【００７８】
カメラ１０５によって取得された歪みセンサ１の画像データは、無線通信システム１０６を介してコンピュータシステム１０１に送信される。無線通信システム１０６は、カメラ１０５に接続された送信機１０６Ａと、コンピュータシステム１０１に接続された受信機１０６Ｂとを含む。画像データ取得部１０２は、カメラ１０５で取得された歪みセンサ１の像データを無線通信で取得する。
【００７９】
表示制御部１０３は、画像データ取得部１０２で取得された画像データを画像処理し、表示装置１０４に表示させる。表示装置１０４は、例えばフラットパネルディスプレイを含み、歪みセンサ１の画像データを表示する。
【００８０】
表示装置１０４に表示される画像データに基づいて、歪みセンサ１が作動していない、すなわち、破断部２３が破断してなく、センサ膜３０が破壊されていないと判定された場合、対象物Ｐは歪み変形してなく、健全な状態であると確認できる。センサ部材２０の破断部２３の破断応力値を、設計想定最大荷重に調整しておけば、プラントにおいて歪みセンサ１が作動していない範囲は、設計想定範囲内であり健全であると確認できる。一方、歪みセンサ１が作動している、すなわち、破断部２３が破断しており、センサ膜３０が破壊されていると判定された場合、対象物Ｐが歪み変形し、健全な状態でない可能性が高いと確認できる。そのような対象物Ｐに対して点検又は補修を実施するなどの措置を講ずることができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態によれば、電源がなくても作動する安価で簡易の構造の歪みセンサ１によって、対象物Ｐの健全性を確認することができる。
【００８２】
また、本実施形態においては、センサ膜３０は、第１固定部２１及び第２固定部２２の少なくとも一方に設けられる。センサ膜３０が破断部２３に設けられると、破断部２３が破断したときセンサ膜３０も損傷してしまい、視認性が低下する。センサ膜３０が第１固定部２１及び第２固定部２２の少なくとも一方に設けられることにより、センサ膜３０の外観を良好な視認性で把握することができる。
【００８３】
また、本実施形態においては、センサ部材２０に張力が加えられた状態で、第１固定部２１が第１フレーム１１に固定され、第２固定部２２が第２フレーム１２に固定される。張力が加えられた状態でセンサ部材２０がフレーム部材１０に固定されることにより、破断部２３が破断する前にセンサ部材２０に加わっている応力（張力）と、破断部２３が破断した後にセンサ部材２０に加わる応力（張力が解放された後の応力）との差を大きくすることができる。破断部２３の破断前後における応力変化量を大きくすることができるので、センサ膜３０の外観は十分に変化する。したがって、センサ膜３０の外観の変化を高い視認性で把握することができる。
【００８４】
また、本実施形態においては、対象物Ｐが歪変形したとき、第１フレーム１１と第２フレーム１２とはブリッジ部１５において分離される。ブリッジ部１５は対象物Ｐから離れているので、第１フレーム１１と第２フレーム１２とは円滑に分離される。また、ブリッジ部１５はセンサ部材２０から離れているので、応力が加わったときセンサ部材２０の破断部２３は円滑に破断される。
【００８５】
また、センサ部材２０に張力が加えられた状態で、センサ部材２０がフレーム部材１０に固定されたとき、フレーム部材１０には反り返らせるような力が加わる。ブリッジ部１５の中心の位置Ｃｂを第１脚部１３及び第２脚部１４の中心の位置Ｃａよりも上方に配置し、第１脚部１３の上端部１３Ｔ側及び第２脚部１４の上端部１４Ｔ側にセンサ部材２０を配置することにより、センサ部材２０によってフレーム部材１０を反り返らせるような力が加わっても、フレーム部材１０の反り返り変形が抑制される。
【００８６】
また、本実施形態においては、センサ部材２０と接触する第１脚部１３の表面及び第２脚部１４の表面は、曲面を含む。センサ部材２０と接触する第１脚部１３の表面及び第２脚部１４の表面が丸みを帯びることにより、センサ部材２０に張力を円滑に加えることができる。また、第１脚部１３の表面及び第２脚部１４の表面が丸みを帯びることにより、破断部２３が破断したとき、張力は円滑に解放されるので、センサ膜３０の外観は十分に変化する。
【００８７】
＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【００８８】
図１１は、本実施形態に係る歪みセンサ１のセンサ部材２０の破断部２３が破断した状態を示す平面図である。本実施形態において、センサ膜３０Ｂは、応力発光材料で形成された応力発光膜である。応力発光材料は、脆性塗料より機械特性が安定しているという利点を有する。
【００８９】
破断部２３が破断し、張力が解放され、破断部２３が破断する前にセンサ部材２０に加わっている応力と破断部２３が破断した後にセンサ部材２０に加わる応力とに差が生じると、センサ膜３０Ｂは発光する。
【００９０】
以上説明したように、センサ膜３０Ｂが応力発光材料で形成されることにより、破断部２３が破断してセンサ膜３０Ｂが歪変形すると、そのセンサ膜３０Ｂが発光する。そのため、センサ膜３０Ｂの外観を監視すれば、対象物Ｐの変形を容易に把握することができる。また、本実施形態によれば、センサ部材２０に着色領域２５，２６を設けなくてもよい。
【００９１】
＜第３実施形態＞
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【００９２】
図１２は、本実施形態に係る歪みセンサ１のセンサ部材２０の破断部２３が破断した状態を示す平面図である。本実施形態において、センサ膜３０Ｃは、応力変色材料で形成された応力変色膜である。応力変色材料は、光弾性材のような、応力変形状態で色が変わる材料である。応力変色材料も、脆性塗料より機械特性が安定しているという利点を有する。
【００９３】
破断部２３が破断し、張力が解放され、破断部２３が破断する前にセンサ部材２０に加わっている応力と破断部２３が破断した後にセンサ部材２０に加わる応力とに差が生じると、センサ膜３０Ｃの少なくとも一部は変色する。
【００９４】
以上説明したように、センサ膜３０Ｃが応力変色材料で形成されることにより、破断部２３が破断してセンサ膜３０Ｃが歪変形すると、そのセンサ膜３０Ｃが変色する。そのため、センサ膜３０Ｃの外観を監視すれば、対象物Ｐの変形を容易に把握することができる。また、本実施形態によれば、センサ部材２０に着色領域２５，２６を設けなくてもよい。
【００９５】
＜第４実施形態＞
第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【００９６】
図１３は、本実施形態に係る歪みセンサ１の一部を拡大した図である。図１３に示すように、センサ部材２０の表面は、間隔をあけて複数の突起部が設けられた凹凸領域４０を含む。センサ膜３０は、凹凸領域４０に設けられる。
【００９７】
凹凸領域４０にセンサ膜３０が設けられることにより、破断部２３が破断してセンサ部材２０が変形又は変位したとき、凹凸領域４０に設けられているセンサ膜３０の歪変形量は大きくなる。そのため、センサ膜３０の外観の変化の度合いは大きくなるので、センサ膜３０の外観の変化を高い視認性で把握することができる。
【００９８】
＜第５実施形態＞
第５実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【００９９】
図１４は、本実施形態に係る歪みセンサ１の一例を示す平面図である。図１４に示すように、歪みセンサ１は、第１応力が加わると破断する第１破断部２３Ａを有する第１センサ部材２０Ａと、第１応力とは異なる第２応力が加わると破断する第２破断部２３Ｂを有する第２センサ部材２３Ｂと、第１応力及び第２応力とは異なる第３応力が加わると破断する第３破断部２３Ｃを有する第３センサ部材２３Ｃとを有する。第１センサ部材２０Ａ、第２センサ部材２０Ｂ、及び第３センサ部材２０Ｃは、同一のフレーム部材１０に固定される。
【０１００】
破断応力が異なる破断部２３（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ）をそれぞれ有する複数のセンサ部材２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）が設けられることにより、破断した破断部２３を有するセンサ部材２０を監視することによって、対象物Ｐにどれくらいの荷重が加わりどれくらい歪み変形したのかを把握することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１  歪みセンサ
１０  フレーム部材
１１  第１フレーム
１２  第２フレーム
１３  第１脚部
１３Ｔ  上端部
１３Ｕ  下端部
１４  第２脚部
１４Ｔ  上端部
１４Ｕ  下端部
１５  ブリッジ部
１５Ａ  第１ブリッジ
１５Ｂ  第２ブリッジ
１５Ｔ  上面
１５Ｕ  下面
２０  センサ部材
２０Ａ  第１センサ部材
２０Ｂ  第２センサ部材
２０Ｃ  第３センサ部材
２１  第１固定部
２２  第２固定部
２３  破断部
２３Ａ  第１破断部
２３Ｂ  第２破断部
２３Ｃ  第３破断部
２５  着色領域
２６  着色領域
３０  センサ膜
３０Ｂ  センサ膜
３０Ｃ  センサ膜
４０  凹凸領域
１００  監視システム
１０１  コンピュータシステム
１０２  画像データ取得部
１０３  表示制御部
１０４  表示装置
１０５  カメラ
１０６  無線通信システム
１０６Ａ  送信機
１０６Ｂ  受信機
Ｐ  対象物
【図１】
2017129502.tif 000003
【図２】
2017129502.tif 000004
【図３】
2017129502.tif 000005
【図４】
2017129502.tif 000006
【図５】
2017129502.tif 000007
【図６】
2017129502.tif 000008
【図７】
2017129502.tif 000009
【図８】
2017129502.tif 000010
【図９】
2017129502.tif 000011
【図１０】
2017129502.tif 000012
【図１１】
2017129502.tif 000013
【図１２】
2017129502.tif 000014
【図１３】
2017129502.tif 000015
【図１４】
2017129502.tif 000016