インフラ / 構造物ヘルスモニタリング
私たちがお手伝いできること
Campbell Scientificのデータ収集 (DAQ) システムは、単純な梁疲労、構造力学研究、大規模で複雑な構造の継続的な監視など、幅広い用途での構造健全性監視に最適な多機能を備えています。各システムは、接着箔ひずみゲージ、加速度計、変位センサ (ポテンショメーターベース、LVDT、VW)、傾斜計、温度センサなど、さまざまなセンサタイプを測定できます。
私たちの VSPECT ®技術は、現在入手可能なバイブレーティングワイヤ センサの中で最高の測定精度、監視プロジェクトの耐用年数を延ばすセンサー診断、バイブレーティングワイヤ センサ データの事後処理を不要にするノイズ耐性を提供します。Campbell Scientificのデータロガーおよび DAQ システ ファミリーは現在、高速道路の高架、道路、建物、擁壁、橋、遊園地の乗り物などの遠隔、無人、ポータブル監視に使用されています。1974 年以来、Campbell Scientificは堅牢で正確、かつ信頼性の高い測定システムで世界的に知られています。
当社の特許取得済み VSPECT スペクトル分析テクノロジーについては、VSPECT Essentials Web リソースをご覧ください。
動的バイブレーティングワイヤ測定技術は、米国特許第 8,671,758 号で保護されており、バイブレーティングワイヤスペクトル分析技術 (VSPECT) は、米国特許第 7,779,690 号で保護されています。
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カスタマイズシステム
当社が提供する標準システムに加え、カスタマイズ可能なシステムも多数あります。
詳細について： 構造物ヘルスモニタリング システム
構造物監視および制御用データ収集（DAQ）システム
当社のモジュール式 DAQ システムは汎用性が高く、アプリケーションごとにカスタマイズできます
モジュラー設計
当社のGRANITE™ システムのモジュール アーキテクチャにより、各測定モジュールを PC またはDAQに個別に接続できます。独立したモジュールとしてリアルタイム測定を PC に直接表示できます。1 つまたは複数の測定モジュールを GRANITE DAQ に接続して、各アプリケーションに最適なネットワーク構成を作成できます。接続すると、時間同期された分散 DAQ システムが形成されます。
分散ネットワークと同期
複数の GRANITE 測定モジュールを構造全体に分散できます。各モジュールは中央の GRANITE DAQ に接続されます。このネットワーク機能によりセンサと GRANITE DAQ 間のセンサ ケーブルの数と長さが削減されます。センサケーブルが減るとコストが削減され、システムが簡素化され、ノイズによる信号破損のリスクが軽減されます。
同期は分散ネットワークの成功の鍵です。GRANITE DAQ の同期には 3 つの重要なレベルがあります。
- GRANITE DAQ には GPS と高精度マスター クロックが組み込まれています。
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GPS からの 1 秒あたりのパルス信号の精度は 1 µs です。有効にすると、GRANITE DAQ は動作クロックを GPS クロックの 200 ns 以内に位相ロックします。そのため、広大な地理空間領域に分散している複数の独立した DAQ システムを、DAQ システム間の最大タイミング誤差 1.2 µs で同期できます。
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GPS とは独立して、温度補正された高精度のオンボードリアルタイムクロックが、年間 ±3 分の精度で独自の時間を維持します。
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GRANITE DAQ と GRANITE 測定モジュールで構成される単一の DAQ システム内では、すべての測定が CAN 周辺機器インターフェイス (CPI) または Ethernet 周辺機器インターフェイス (EPI) 測定バスを介して GRANITE DAQ のマスター クロック (GPS または高精度オンボード クロックのいずれかから供給) に同期されます。
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同じ DAQ 内の測定モジュール間の CPI 同期は ±5 µs です。バスの全体的な物理範囲はデータ レートに応じて最大 2,000 フィートまで変化します。
- 同じ DAQ 内の測定モジュール間の EPI 同期は ±50 ns です。バスの物理的な範囲は、ネットワーク接続ごとに 300 フィートです。デイジー チェーン接続は数千フィートに及ぶことがあります。
- 極めて時間ベースに敏感なアプリケーションでは、GRANITE SPECTRUM 測定モジュールを EPI 同期とともに使用します。各モジュール内では、アナログ電気信号遅延が校正および補正され、タイミング遅延の不一致がチャンネル間で ±10 ns に低減されます。
構造物モニタリングで使用されるセンサ
Campbell Scientific のデータロガーと GRANITE DAQ は、市販されているほぼすべてのセンサと互換性があるためアプリケーションに最適なセンサを使用できます。私たちのシステムで構造および地震の監視に使用される一般的なセンサは次のとおりです。
- カールソンひずみ計
- バイブレーティングワイヤひずみゲージ
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箔ひずみゲージ（クォーター、ハーフ、またはフルブリッジひずみ構成で設定）
- 傾斜計
- ひび割れ・接合部センサ
- 傾斜センサ
- 圧電抵抗型加速度計
- 圧電加速度計
- 静電容量型加速度計
- ボアホール加速度計
- サーボ力バランス加速度計
データ取得
データの取得、保存、表示のための通信インターフェイスにはPC またはラップトップへの直接接続、microSD カード、イーサネット、およびワイヤレス通信用のいくつかのオプション (内蔵 Wi-Fi を含む) が含まれます。
ソフトウェア
弊社の PC ベースのソフトウェア オプションは、GRANITE 測定モジュールを PC に直接接続したり、GRANITE DAQ からリモートで自動データ収集をスケジュールしたりすることをサポートします。リアルタイムの監視と制御によりデータ取得プロセス全体が簡素化され、堅牢なエラー チェックによりデータの整合性が確保されます。インターネットへのデータ投稿もサポートします。
アプリケーション例: 高速道路の監視
Campbell Scientific の GRANITE 監視システムは、さまざまな構造および地震アプリケーションに使用されます。高架上の監視には次のようなものがあります。
ケーススタディ
背景 2022 年、ECR Medio Ambiente は、以前は別のエンジニアリング会社が管理していたサグラダ ファミリア大聖堂の構造監視設備の監視責任を引き受けました。キャンベル サイエンティフィックのさまざまな機器を組み込んだ監視システムは、この象徴的な建築傑作の構造的完全性を確保することを目的としていました。 課題 この移行には、特定のセンサーとその配線を識別するという大きな課題がありました。適切なラベルと校正シートがなかったため、最初から設備の詳細な在庫と分類を維持することが極めて重要であることが浮き彫りになりました。 解決策 包括的な設備には、亀裂計、圧力セル、気象観測所、加速度計、ガス検知器などのさまざまな地質工学機器が含まれていました。さまざまな周波数でデータを収集するこれらの機器は、2008 年以来、大聖堂の構造状態を追跡する上で重要な役割を果たしてきました。ECR Medio Ambiente は、その専門知識を活用して、構造モニタリングの責任を統合し、引き継ぎました。同社は、RAD10、イーサネット アダプター (NL121)、AVW200、AM16/32、CR800、CR1000、CR1000X、WindSonic、電気キャビネット/エンクロージャなどのセンサーの正確な識別とラベル付けを確実に行う徹底した在庫および分類プロセスを実施しました。キャリブレーション シートは細心の注意を払って維持されました。 メリットと影響 構造的健全性の継続:......続きを読む
港珠澳大橋（HZMB）は、高架橋、斜張橋、沈没トンネル、人工島で構成され、珠海、マカオ、香港を結ぶ全長29.6km（18マイル）の橋です。HZMBを香港の高速道路交通網に効果的に接続するために、香港でも一連の交通施設が整備されました。 香港連絡道路 (HKLR) は、こうした交通施設の 1 つです。全長約 12 km (7 マイル) の 3 車線の高速道路と路肩で構成され、香港特別行政区の境界にある香港特別行政区境界管理局と香港国際空港島の北東海域にある香港境界通過施設を結びます。 構造ヘルスモニタリング (SHM) とメンテナンス管理システム (MMS)......続きを読む
GKM Consultants は、カナダの老朽化した高速道路高架道路向けに最先端の構造健全性監視システムを開発、運用、設置する業務を、国内有数のエンジニアリング会社から請け負いました。この監視システムは、リアルタイムで高品質のひずみデータを提供することで、構造物の寿命を延ばすのに役立ちます。 GKM は、構造物の桁に 72 個の振動線ひずみゲージ (Geokon モデル 4000) を設置しました。箔ひずみゲージは高速データ取得の一般的な選択肢ですが、その出力は時間の経過とともにドリフトする傾向があります。バイブレーティング線ひずみゲージは安定性が向上しているため、帯域幅が低いにもかかわらず、長期モニタリングに適しています。ひずみゲージは、エポキシ接着剤を使用して構造物に取り付けられることがよくあります。ただし、この方法は寒冷地での設置には適しておらず、接着剤とコンクリートの界面が劣化すると、数年後には測定値の比較が信頼できなくなります。長期モニタリングには、ドロップイン コンクリート アンカーを使用するのが望ましい方法ですが、標準的なアンカーは桁のウェブの厚さに対して長すぎます。そのため、この構造物の特殊な条件に対応するために、Geokon との協力によりカスタム アンカーを開発する必要がありました。ひずみゲージは、ひずみとせん断の両方を測定するためにロゼット パターンで設置されました。 データ収集システムは、Campbell......続きを読む
Pennoni 社の Intelligent Infrastructure Systems は、バーリントン - ブリストル橋の運用および構造パフォーマンスに関する情報を提供できる効率的な構造健全性監視 (SHM) システムの設計と設置を請け負いました。所有者であるバーリントン郡橋梁委員会は、その代表的な構造物を無期限に保存するという目標を掲げ、最新のセンシングおよびシミュレーション技術で従来のエンジニアリング手法を強化し、可能な限り最も情報に基づいた観点からすべての決定が行われるようにしています。 バーリントン・ブリストル橋は、デラウェア川を渡ってペンシルベニア州ブリストルとニュージャージー州バーリントン市を結ぶ、代表的な長大橋です。この橋の全長は 3,144 フィートで、540 フィートの主径間トラスが垂直に 75 フィート上昇し、大型船の通行が可能になっています。 SHM......続きを読む
ユタ州運輸局は、橋のデッキにガラス繊維強化ポリマー (GFRP) 製のロッドを使用することが橋の寿命に与える影響を調査しています。GFRP ロッドは融雪剤による腐食に耐えるため、デッキの寿命を 45 年から 100 年に延ばすことができます。耐腐食性は、橋のデッキの長期的なコストを削減する最大の要因です。ビーバー クリーク橋は、プレストレスト コンクリートの桁と GFRP バーで補強されたプレキャスト コンクリートのデッキ パネルを使用した加速橋建設法で建設されました。 ユタ大学（U of......続きを読む
ケンタッキー州ジェームズタウン近郊のウルフ クリーク ダムは、一部は普通のコンクリート水力発電ダムとして建設されましたが、大部分は土盛り堤防構造でした。1950 年に完成しましたが、20 年以内に深刻な貯水池浸出問題が起こりました。いくつかの修復プロジェクトで、ある程度の成功を収めて水の流れを止めましたが、近年、管理者はダムの浸出が再び増加していることを緊急事態とみなしました。 さらなる被害をもたらす浸出を遮断するため、2006 年に修復工事が開始されました。このプロジェクトには、大規模なグラウト注入プログラムと、それに続く約 1,000,000 平方フィートのコンクリート製ダイヤフラム壁の建設が含まれています。プロジェクトの監視および分析部分の一部として、米国陸軍工兵隊 (USACE) は、URS Corporation に自動データ収集システム (ADAS) の設計、インストール、および運用を委託しました。 ADAS は、堤防の水位......続きを読む
コンフェデレーション橋は、海水上に建設された世界最長の連続プレストレストコンクリート箱桁橋の 1 つであり、氷に覆われた海上に建設された橋としては最長のスパンです。カナダのプリンスエドワード島のボーデンからニューブランズウィック州のケープ トルメンタインまで 13 km にわたっています。コンフェデレーション橋の建設は畏敬の念を抱かせる出来事でした。現在も継続中の長期にわたる監視および研究プロジェクトにより、この橋は工学上の驚異としてさらに高い評価を受けています。 ノーサンバーランド海峡の厳しい環境に耐えられるように建設されたコンフェデレーション橋は、100 年の耐用年数を実現するように設計されました。橋の短期および長期の性能をより深く理解するために、建設中に複数年にわたる監視および研究プロジェクトが立ち上げられました。この研究は、将来の長スパン橋の荷重モデルの開発に貢献します。 計装 監視機器には、橋の建設中に設置されたものもあり、500 台以上のひずみ測定装置、450 個の温度センサー、28 個の氷荷重パネル、12 個の傾斜計、76 個の振動センサー、水中ソナー装置などが含まれています。6 台の Campbell......続きを読む
英国の M2 メドウェイ橋の修理中、動きを監視するために 10 台の Campbell Scientific CR10X データロガーが使用されました。このプロジェクトでは、20 の橋脚それぞれにジャッキ システムを設置し、デッキの荷重をベアリングから転送してベアリング台座の再構築を可能にする必要がありました。各車道デッキの重量は約 1,200 トンでした。荷重を転送した後、ジャッキを監視して、どの橋脚でも沈下が 2 mm......続きを読む
よくある質問
構造物ヘルスモニタリングに関するよくある質問の数： 1
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Campbell Scientific のシステムのほとんどは、個別のコンポーネントから構築されています。これにより、お客様に最大限の柔軟性が提供されますが、「一般的な」システムの価格設定には適していません。アプリケーションの固有のニーズを満たすシステムの価格設定については、Campbell Scientific にお問い合わせください。
インテグレーターとコンサルタント
以下は、弊社製品に関する専門知識を開発し、 構造物ヘルスモニタリング アプリケーションに関するコンサルティング、インストール、およびその他のサービスを提供している企業の一覧です。
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