2014 Fiscal Year Annual Research Report
精密小型加振機と無線センサネットワークを用いた構造センシングの高度化と実証実験
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24560586
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
佐伯 昌之 東京理科大学, 理工学部, 准教授 (70385516)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 精密小型加振機 / 周波数伝達関数 / 健全性評価 / ARX法 / 無線センサネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，精密小型加振機を用いて構造物の健全性を定量的に評価するシステムを構築することであり，具体的には以下の３つの研究目的を達成するために行った．
１）精密小型加振機の制御方法の確立：当初，制御方法を工夫することにより，ある狭い周波数帯域で均一な力を励起する方法を開発することを目的としていた．研究を進める中で，均一な力を励起するよりも，時刻同期精度を高め，解析方法を工夫した方が精度向上が見込めたことから，この研究を停止した．詳細は下記３）で述べる．
２）加速度センサ自動キャリブレーション機能の構築：高精度のセンサノードを１０個作成し，温度を変化させつつ，応答を計測した．レーザー変位計で取得したデータと比較することで，キャリブレーションを試みた．実験を行ったところ，日常的な温度変化は１Ｈｚ以上の加速度応答にはあまり影響を与えず，むしろランダムノイズの寄与の方が大きいことが分かった．一方，個体差は相当にあり，上記手法により振幅を補正できるようにした．また，時刻同期については無線センサのプログラムを改良し，補正しなくても精度よく周波数伝達関数を推定できるように改良した．
３）振動特性同定手法の高度化：振動特性を同定するために，ＡＲＸ法を導入した．上述の通り，精密小型加振機と無線加速度センサの時刻同期精度が確保されたため，ＡＲＸ法を適用することができた．実際にＡＲＸを適用したところ，解析で出てくる行列の質が相当に悪いことが判明した．これは，観測データに含まれるランダムノイズが少なく，計測精度が高すぎることに起因する．研究では，質の良いデータを使用しても，精度よく周波数伝達関数や固有振動数，減衰定数を推定するための実際的な手順を検討した．具体的には，係数行列の逆行列を求める際に，ガウスの消去法や特異値分解を使用せず，修正コレスキー分解を用いればある程度の精度で同定できることを確認した．
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