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劣化のセンシングとモニタリング
−インフラと安全監視のトピックス−


 センシングは、対象についての情報(物理量)を物理的に離れたところに伝送可能な信号や符号に変換する行為(検査・測定)であり、この情報を解析・調査して評価する行為をモニタリングと定義することができます。センシングやモニタリングは、そのデータを集積する環境や処理を行うデバイスが高度化したことで重要性がより高まり、新産業の礎を築く鍵となる可能性があります。
 本書ではその中から、橋梁や建物といった構造物や上下水道、ガス、電気等、社会インフラの劣化に関するセンシングやモニタリングの取組みを中心に情報を収集し、対象物別にとりまとめました。これらの老朽化や劣化の把握は、ひずみや振動といった物理的な量や変化のほか、腐食といった質的劣化や内部の欠陥検出を行うなど、さまざまな手法によって試みられています。高度成長期に集中整備された社会インフラは、老朽化や劣化が進んでおり、適切な状況の把握、評価が必要となっています。
 さらに、本書ではセンシングやモニタリングによる安全監視の研究・開発トピックスについても幅広く集め、紹介しています。


 
    □体裁 A4判225ページ
    □価格 本体72,000円+消費税
    □送料 弊社負担
    □発行 2016年8月

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章 目 次

 第1章 構造物
 第2章 上下水道、ガス、電気関連設備、プラント
 第3章 航空機、船舶
 第4章 電子器機、材料劣化、ヒト、環境等
 第5章 モニタリングを支えるエネルギー供給とネットワーク
 付属資料

詳 細 目 次

 
第1章 構造物 1
 1.1 輸送インフラストラクチャ 2
  1.1.1 橋梁 2
   (1) ひずみ 2
    (A) RFID ひずみ計測システム 3
    (B) 鉄筋コンクリート梁での変形の空間分布計測による損傷検知実験 4
     @ 損傷を付与した小型RC 梁曲げ試験 5
     A 光学式ひずみ計測手法の適用 5
     B 傷の変形性状への影響 6
     C 光学式ひずみ計測の性能 6
    (C) FBG を用いたSHM 6
    (D) 分布型光ファイバセンサを用いた橋梁支承モニタリング 9
    (E) 光ファイバひずみ加速度同時測定 9
    (F) 光学的非接触全視野計測法によるコンクリート構造物のマルチスケール診断 10
    (G) デジタル画像相関法による鉄筋コンクリート構造物のひび割れ発生検知手法 12
   (2) 振動計測 13
    (A) 鉄道橋の振動計測 13
    (B) 振動応答予測モデルを用いた橋梁構造物の損傷検知 14
    (C) 風応答データの非線形性抽出による長大橋モニタリング 15
    (D) 鉄道モニタリングのためのセンサ性能 17
     @ 性能評価ニーズ、運用上のニーズおよびセンサシステム性能 17
     A センサシステム性能の明示例 17
    (E) 橋梁の危険予知用簡易スマートセンサ(簡易ひずみ計測ボルトセンサ) 18
   (3) 質的劣化 20
    (A) 分光分析によるコンクリート劣化診断 20
    (B) RFID 腐食環境センサ 21
    (C) 橋梁における鋼線の破断検知とモニタリング 22
   (4) 内部欠陥 22
    (A) 鋼−コンクリート複合構造物の非破壊検査技術 22
    (B) 高周波数の波の振幅減衰による非破壊検査 25
  1.1.2 道路、レール、トンネル 27
   (1) アスファルト舗装下のデッキプレート貫通亀裂の検出 27
   (2) 光ファイバセンサのアスファルト構造物への適用 27
   (3) 鋼構造物の変形・応力・温度変化の推定、監視(鉄道レール破断警戒等) 30
   (4) SQUIDを用いたレール白色層の検出 31
   (5) 赤外線熱画像と可視画像によるコンクリート構造物の劣化 34
 1.2 建物 36
  1.2.1 建物構造のモニタリングと診断 36
   (1) MEMS3軸加速度センサと一次診断モニタリングシステム 36
    (A) MEMS3軸加速度センサの開発 36
    (B) 一次診断モニタリングシステム 37
   (2) 建物安全度判定システム 38
   (3) FBG 型加速度計を用いた振動モニタリング 40
   (4) 損傷パターンと振動特性による分類器(決定木)による損傷推定 42
   (5) 簡易ピエゾケ−ブル変位センサを用いた伝統木造構造物の振動解析 43
   (6) 5軸加速度センサ 44
   (7) 地盤―建物相互作用を考慮した鉄骨造中層建物の振動特性 45
  1.2.2 窓ガラス、アスベスト 46
   (1) 板ガラスの経年劣化 46
   (2) 吹付けアスベストの劣化度 48
 1.3 鋼・金属構造物 49
   (1) 屋外における大気腐食モニタリング 49
   (2) ひずみ測定による大気腐食環境モニタリング 51
   (3) 鋼構造物防食塗膜の劣化診断 52
   (4) 着色化によるひずみ量の可視化技術 53
   (5) 野外通信設備材料の評価 54
   (6) フェーズドアレイ超音波探傷法による非破壊検査 54
 参考・引用文献(第1章) 55
 
第2章 上下水道、ガス、電気関連設備、プラント 58
 2.1 上下水道・ガス供給 58
  2.1.1 水道管および水道水 58
   (1) 漏水監視 58
   (2) 下水道管路衝撃弾性波検査 59
    (A) 調査ロボットによる下水道管路衝撃弾性波検査 59
    (B) 下水道管渠劣化診断 61
   (3) 馬蹄形管への有限要素法(FEM)の適用解析 63
    (A) 模擬土槽試験 63
    (B) FEM解析 65
   (4) 水道水汚染判定法 66
  2.1.2 ガス配管 67
   (1) ガス絶縁スイッチギアの劣化診断 67
   (2) ガススローリーク監視 69
   (3) パイプライン溶接部用デジタルX線検査システム 70
 2.2 電気関連設備 73
  2.2.1 回転機 73
   (1) 絶縁診断試験 74
   (2) 材料機能試験 75
  2.2.2 変圧器(トランス)、配電設備、コンデンサ 77
   (1) 各種変圧器の変遷と劣化診断の動向 77
   (2) 油入り変圧器の劣化診断 78
   (3) 電力コンデンサの劣化診断―部分放電特性による診断― 80
   (4) モールド変圧器の光学式エポキシ樹脂劣化診断技術 82
  2.2.3 ケーブルの劣化診断技術 83
   (1) CVケーブル劣化診断技術の概要 83
   (2) CVケーブルの部分放電検出による劣化診断技術 86
    (A) 中間接続部の部分放電検出 86
    (B) CTによる活線下部分放電検出装置 87
    (C) 部分放電信号伝搬におけるクロスボンド部の影響 88
   (3) CVケーブルの水トリーに関する劣化診断技術 90
    (A) 残留電荷法 90
     @ 未橋絡水トリーの検出手法 90
     A パルス電圧を用いた残留電荷測定 91
    (B) 交流重畳型活線診断法 92
    (C) 可変周波損失電流法による水トリー劣化診断 92
   (4) 異常温度、歪み位置の検出(周波数領域反射法) 94
    (A) ケーブルの異常温度箇所の位置標定 94
    (B) 周波数領域反射測定法によるケーブル歪み位置の標定 97
   (5) その他( 放射線劣化、OFケーブル) 98
    (A) 原子力発電所用ケーブル劣化の監視・診断特性試験 98
    (B) OFケーブル接続部劣化診断 100
 2.3 プラント 103
  2.3.1 配管 103
   (1) 化学プラント配管の腐食劣化診断 103
   (2) プラント配管における保温材下腐食の非破壊検査とモニタリング評価 105
   (3) 赤外線サーモグラフィによる配管検査 108
   (4) フッ素樹脂ライニング配管の劣化診断 109
   (5) 化学工場で使われた有機材料の劣化診断 111
   (6) プラントにおける腐食損傷評価 112
  2.3.2 亀裂・劣化・異常温度監視 113
   (1) 製鉄所熱風炉の高温TOFD 法による遠隔亀裂診断技術 113
   (2) 火力発電所用の廃棄ガス用GFRP 煙突の劣化評価 115
   (3) 光ファイバセンサによる熱測定 117
 参考・引用文献(第2章) 118
 
第3章 航空機、船舶 121
 3.1 航空機 121
  3.1.1 概論 121
   (1) 航空機の安全構造設計と非破壊検査 121
   (2) 航空機複合材構造健全性診断と複合材製造技術の開発 122
  3.1.2 ひずみ 124
  3.1.3 複合材料における非破壊検査 126
   (1) 非接触・空中伝搬超音波探傷法の開発 127
   (2) 超音波伝播の可視化技術による損傷領域評価 128
   (3) マイクロ波による繊維強化高分子基複合材料の非破壊評価 129
   (4) 渦電流探傷法による炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の損傷検出 130
   (5) 赤外線サーモグラフィによる複合材料の非破壊検査 133
   (6) エロージョンの予知 134
 3.2 船舶 135
  3.2.1 光ファイバセンサを用いた複合材料の構造ヘルスモニタリング 135
  3.2.2 疲労センサを用いた船体構造の疲労寿命推定 136
  3.2.3 船体構造の診断(検査・修繕の計画)支援システム 137
 参考・引用文献(第3章) 138
 
第4章 電子器機、材料劣化、ヒト、環境等 139
 4.1 電子器機 139
   (1) 電子機器の信頼性向上を実現する(電子器機の)ヘルスモニタリング技術 139
   (2) 実装部品の接合検査への超音波映像装置 140
   (3) 放射光によるガラス・金属界面の解析 141
   (4) 電子デバイスの熱過渡解析評価による熱特性評価 143
   (5) 部品 144
    (A) LEDの劣化診断 144
    (B) コンデンサの寿命延長 146
    (C) テラヘルツ波の透過による物質検査の高速化技術 147
    (D) 短時間放電による蓄電池の劣化診断 148
 4.2 樹脂、金属材料の劣化 150
   (1) 樹脂 150
    (A) カーボンナノチューブによる樹脂内部ひずみの測定 150
    (B) オンライン紫外線照射下での熱分解GC/MS 法による各種高分子材料の迅速劣化評価 151
    (C) 極微弱発光による極初期の高感度酸価劣化の検出 154
    (D) ポリブチレンテレフタレート(PBT)の熱酸価劣化度とその熱エージング時間の推定 155
    (E) ブチレンテレフタレート
      −ポリテトラメチレングリコールブロックポリマーの光劣化の波長依存性
158
    (F) 高分子薄膜のガスバリア性評価と材料劣化 160
    (G) 光学用透明樹脂の光照射劣化評価 162
    (H) 先進複合材料(CFRP)の非破壊評価技術 164
    (I) アルカリによるコンクリート中のガラス繊維劣化 165
   (2) 金属 169
    (A) 切削加工技術のモニタリングおよびシミュレーション 169
    (B) 電磁超音波による非破壊耳率計 170
    (C) テラヘルツ分光イメージングによる溶融亜鉛メッキ鋼板の腐食状態検査 172
 4.3 ヒト 173
   (1) 医療分野 173
    (A) 公共医療と個人管理医療との融和 174
     @デジタルヘルスケア 174
     A米国の医療制度改革とセンサ技術 175
   (2) ウェアラウル、ワイヤレス 177
    (A) MEMS センサによる生体活動モニタリングシステム 177
    (B) 人体の動きを測定できるカーボンナノチューブひずみセンサ 179
    (C) 機能素材hitoe® 180
    (D) ドップラーレーダを用いた非接触心拍センサ 180
    (E) ワイヤレス脳波(EEG) システム 182
    (F) 脳情報での機器制御―次世代生活支援ハウス― 183
   (3) 代謝、感覚に関するモニタリング、センシング 184
    (A) バイオセンサ 184
    (B) 呼気 185
    (C) 味覚と臭い 186
    (D) 血液分析MEMSとその製造技術 188
 4.4 環境等 189
    (A) 環境用センサ 189
    (B) 光ファイバセンサを用いた計測システム等の検討 190
    (C) SQUID による金属資源探査(地下1000mを探る) 191
    (D) 放射線モニタリング 193
 4.5 自動車 195
   (1) 自動車用圧力、加速度センサ 196
   (2) 自動運転システムの動向と課題 197
 参考・引用文献(第4章) 199
 
第5章 モニタリングを支えるエネルギー供給とネットワーク 202
 5.1 無線情報エネルギー伝送とハーベスティング 202
   (1) 無線電力伝送 202
   (2) エネルギーハーベスティング 203
   (3) 無線情報エネルギー伝送用マイクロ波−デバイスおよび回路− 204
     @ 高出力増幅器 204
     A アンテナ 205
 5.2 無線センサネットワーク
   (1) 無線センサネットワーク向け多目的プラットフォーム 205
   (2) 地震加速度分析と無線センサネットワーク通信制御の検討 207
   (3) 鉄道構造物としての地下鉄の無線センサネットワークによる保守管理 212
   (4) モバイルヘルスケア技術の通信方式 213
 参考・引用文献(第5章) 215
 
 付属資料 216
   (1) 超音波フェーズドアレイの基礎解説 216
   (2) アコースティックエミッション計測の基礎 218
   (3) テラヘルツ帯域適用センサ 221
  補足-1.農業分野への応用展開 223
  補足-2.防災分野への応用展開 223
  補足-3.本稿に紹介される各種センサとその応用展開分野 223
 参考・引用文献(付属資料) 225

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