| 研究課題/領域番号 |
20K04641
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
橋本 勝文 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30609748)
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| 研究分担者 |
張 凱淳 京都大学, 工学研究科, 講師 (50751723)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | MEMS / エレクトレット / 振動発電 / 固有振動 / インフラ構造物 / 異常検知 / モニタリング |
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| 研究実績の概要 |
小型で安価な高効率MEMS振動発電デバイスの実装による振動モニタリングにより，的確かつ低コストでインフラ構造物の状態を把握できる監視（常時モニタリングおよび緊急時アラート）システムを構築する。「高効率MEMS振動発電デバイスによるインフラ構造物のモニタリングおよびアラートシステム」の構築を目指す上で，簡易に設置できるセンサ端末の開発とともに，構造物への実装による現場での実証実験に適用する。
道路橋をはじめとするインフラ構造物を構成する部材および構造物全体の健全度を診断するための振動・変位データを実験的および解析的に取得し，高効率振動発電デバイスの設計に対し，上記で取得した情報に基づき，自立電源で自己動作する無線通信および変位・振動情報発信デバイスを完成することを目的とした。このとき，実装アプリケーションを想定と先進的デバイスの設計と導入仮説立案を設定する。特に，検出される発電量からモニタリング対象とするRC床版や柱構造物の固有振動数および振動モード等の振動挙動を推定するとともに剛性低下を伴う異常箇所の検知精度を評価している。
その結果，MEMS振動発電デバイスによるRC床版の健全状態および損傷発生箇所を検知できるセンシングシステムを構築することができ，損傷や異常発生時に対象構造物に設置したエレクトレットを用いたMEMS振動発電デバイスにより簡便に検知でき，損傷程度や異常レベルの設定と検知精度について，実構造物での検証実験を進めることができた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
振動発電デバイスを、特定の周波数監視用のイベントドリブンセンサ（EDS）として使用した損傷検知・異常発報センサモジュールを提案し、模擬橋梁において有効性を実証する段階まで研究を推進することができた。また，本システムを用いることで10年間以上メンテナンスフリーのインフラ構造物異常監視システムが実現され、効率的な点検と、より確実な維持・管理が期待できることを示すことができた。さらに，検出される発電量から対象床版の固有振動数および振動モード等の振動挙動を推定するとともに剛性低下を伴う異常箇所の検知精度を評価できることを確認した。MEMS振動発電デバイスによるRC床版や柱構造物等の種々の構造形式を有する構造物を対象として，健全状態および損傷発生箇所を検知できるセンシングシステムを構築することができた。加えて，上記の成果の一部について公表することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
開発したセンサ端末を活用したインフラ状態をモニタリングできるネットワークあるいは維持管理体系を構築するとともに，実装可能なシステムを提案する。特に，常時型・突発型事象の発生と異常検知・アラート基準を考慮したシステム構築に関して，既に十分な実証結果と成果が達成されている。今後は，提案する自己動作する小型の振動発電デバイス網が，リアルタイム・遠隔監視を容易に可視化し，国民～国家レベルの時間・コストを大幅に縮減できる未来社会のために，神経系のように無数に組み込む自律的な社会インフラ・環境監視システムを具現化できる段階まで技術開発の成果を推進することを目標とする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウィルス感染症による移動制限により、現地での実構造物を対象とする計測の実施に支障が生じたため、計測に必要な費用や所属研究機関間の研究打合せ等に要する旅費が減額したが、今後の実構造物のデータ収集や打合せと意見交換のための消耗品および旅費としての使途を計画している。
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