研究課題
社会基盤システムの常時モニタリングの必要性が高まってきているが，それにともなって安価で高性能，かつ長期安定性を実現したセンサーの開発が急務となっている。これまであまりモニタリングの対象とされていなかった盛土などの土構造物については震動特性だけでなく，斜面の傾斜の状態も重要な情報となりうる。そのため，震動センサーだけでなく傾斜計などを設置することが求められるが，多くのセンサーを設置することはコスト，故障に対するリスクなどの観点から必ずしも望ましくない。そこで，ひとつのセンサーでこれらをカバーできるよう，近年新たに実用化されたばかりの水晶振動子を用いた加速度センサーを用いて，加速度振動だけでなく傾斜も測定可能とすることが目的である。平成27年度には，実用化されたばかりのセンサー(以下，現行品と呼ぶ)を用いて，その特性を検証した。申請者が学内で管理しているトンネル内にセンサーを設置して長期安定性の検証を行っている。特に，センサーが強い温度特性を持つため，温度変化による応答の変化を調べると共に，恒温槽にセンサーを入れて，安定した温度のもとで測定を続けている。また，測定の実施にあたっては，データロガーや電源システム等の周辺装置を作成しシステムとしてのトータルの性能評価をすすめている。現時点では当然のことながら長期安定性についての結論を出すことはできないが，数ヵ月程度のオーダーでは問題なく動作していることを確認している。また，ノイズレベルも非常に高価な加速度センサーと比較して，いくぶん劣るものの，一般的なMEMSに比較して十分に高い性能を有していることも明らかとなってきている。
2: おおむね順調に進展している
水晶振動子を用いて測定システムとして利用可能となるよう，データロガー，電源等をバラックで構築し，実際に温度が安定しているトンネル内に設置して正しく記録をとることができている。水晶振動子は当初の想定よりもデリケートなセンサーで，衝撃等によってセンサーが破損しやすいことがあきらかとなった。実際に，軽い衝撃でセンサーが損傷したことが何回かあったため，その修理と対策に時間を要したが，現時点ではこれらの問題についても解決している。ほぼ，当初の予定通り進捗していると言える。
水晶振動子によるセンサーは加速度の変化に応じて水晶振動子の固有振動数が変化することを利用している。そのため，水晶の固有振動数を周波数カウンタで測定し，それを適当なデシメーションフィルタを通してサンプリングレートを落として周波数を加速度値に変換している。このとき，デシメーションフィルタの性能がセンサーの精度に大きな影響を及ぼすことになる。平成28年度には，このデシメーションフィルタの特性について検討を行い，加速度振動だけでなく，傾斜や重力の変化のような非常に周期が長い現象に対しても適用可能なデシメーションフィルタの開発に着手する。また，水晶振動子はその仕組みから，水晶の固有振動数を測定するための周波数カウンタの精度がそのままセンサーの精度に直結している。そのため，周波数カウンタのための原発クロックを安定して動作させるためにカウンタに用いるクロックおよびセンサーとして用いる水晶振動子そのものの温度安定性を高めることが必要となる。現行品では温度補償は温度特性をマイクロコンピュータを用いて補正した上で出力するという方法をとっているが，温度特性の測定や補正の精度にも限界がある。そこで，物理的に温度を安定させることができるよう，オーブンコントロール型水晶(OCXO)としてセンサー全体の温度特性を安定させるシステムに発展させることを目指す。OCXOでは通常は摂氏65度程度のオーブンを用いるため，その温度で振動子が安定して動作するように水晶を新たにカットし，OCXOとして動作するようオーブンコントロール回路等の周辺装置の開発に着手する。
新型センサーの作成において、水晶のカットがうまくできなかったため正しく動作するセンサーを得ることができなかった。そのため、設置等の作業を次年度に繰り越したため。
センサーが完成し次第、予定どおり設置を行う。
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土木学会論文集A1
巻: Vol. 72，No. 1 ページ: 107-118
10.2208/jscejseee.72.279
