管路信息采集装置的制作方法

1.本发明涉及设置于供流体在内部流动的管路且采集与所述管路相关的信息的管路信息采集装置。


背景技术：

2.在自来水管、蒸汽管或者泵等之类的设置于地下、桥墩等的流体用管路中，以能够灵活地追随伴随着地基下沉、地震等而产生的移位的方式在局部设置有波纹管等挠曲部(例如，参照下述专利文献1)。通过将挠曲部设置于管路的局部而能够应对移位，能够将伴随着管路上产生的移位而来的外力吸收而防止管路的破损等。
3.专利文献1中的波纹管由较薄的金属(不锈钢等)形成，具备沿轴线方向交替地配设的大径部和小径部。关于波纹管的大径部和小径部，彼此的间隔尺寸与外力相应地灵活变化。
4.这样，通过在管路的局部设置容易弯曲、伸缩的波纹管等挠曲部，能够减轻施加于管路的不具有挠性的部分的负担而延长管路的寿命。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2005-273772号公报


技术实现要素：

8.另一方面，若波纹管等挠曲部长时间地反复产生追随移位的变形、伴随着流体通过时的紊流的振动等，则有时因疲劳而产生龟裂等损伤。
9.然而，若将管路以及挠曲部设置于地下、桥墩等，则极难确认劣化、损伤的有无。
10.因此，可以考虑设置用于监控挠曲部的状态的传感器等监控装置，但若以将管路埋设于地下等情况为例，则难以向设置于管路的监控装置供电。即，例如，可以考虑将电池搭载于监控装置，但多数情况下电池的寿命早于挠曲部产生疲劳，从而难以应用。另外，可以考虑从地上向地下的监控装置供电，但是，在将监控装置设置于管路的多处部位的情况下，难以确保用于对各监控装置供电的布线及电源等。
11.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供能够容易地进行难以确认状态的环境下的管路的监控的管路信息采集装置。
12.为了达成上述目的，本发明的管路信息采集装置设置于供流体在内部流动的管路，并采集与所述管路相关的信息，其特征在于，具备：挠曲部，其设置于所述管路且能够变形；发电部，其设置于所述挠曲部来进行发电；信息采集部，其获取作为所述管路的信息的管路信息；以及发送部，其以无线方式发送所述管路信息，利用所述发电部发电所得的电力对所述信息采集部进行驱动。
13.若在挠曲部产生弯曲、伸缩、振动之类的变形动作，则发电部通过该变形动作而进行发电。信息采集部利用该发电部发电所得的电力而获取管路的信息。其中还包括预先利
用电池等向信息采集部供给电力的信息。能够利用发送部以无线方式向外部发送这样获取的管路的信息。
14.利用外部的接收单元接收这样从发送部发送的信号，由此能够容易地确认并监控挠曲部的变形状态、从挠曲部通过的流体的流量变化等各种与管路相关的信息。这样，根据本发明的管路信息采集装置，能够容易地进行难以确认状态的环境下的管路的监控。
15.另外，在本发明的管路信息采集装置中，所述信息采集部可以从所述发电部的输出采集所述管路信息。发电部的发电电力(电压)与挠曲部的变形动作的大小成正比地变化。此时的发电部的发电电力的变化与挠曲部的变形状态、从挠曲部通过的流体的流量变化等各种信息对应。由此，能够从发电部的发电电力采集挠曲部的变形状态、从挠曲部通过的流体的流量变化等各种信息。
16.另外，在本发明的管路信息采集装置中，可以利用所述发电部发电所得的电力对所述发送部进行驱动。在该情况下，具有不需要除此以外的对发送部进行驱动的电源。
17.另外，在本发明的管路信息采集装置中，所述挠曲部可以形成为由大径部和小径部构成的蛇腹状，所述发电部可以在所述挠曲部的表面装配压电元件。根据该结构，能够可靠地利用压电元件将在挠曲部的大径部和小径部产生的振动等变换为电力。
18.另外，在本发明的管路信息采集装置中，所述压电元件可以安装于所述挠曲部的大径部的顶部及小径部的底部中的一方或双方。关于形成为由大径部和小径部构成的蛇腹状的挠曲部，在产生弯曲、伸缩、振动等的情况下，在大径部的顶部和小径部的底部产生较大的变形。因此，在通过变形动作而进行发电这方面，大径部的顶部、小径部的底部是优选的位置。
19.另外，与电磁感应相比，压电元件的耐久性较高、且是小型轻量的结构。由此，能够将压电元件设置于挠曲部的大径部的顶部、小径部的底部之类的比较狭窄的区域，能够通过挠曲部的振动等变形动作而高效地发电。此处，压电元件并不表示特定的元件，可以是具有通过振动进行发电的材料的由一般的材料构成的元件。
20.另外，在本发明的管路信息采集装置中，所述信息采集部可以为在所述管路的轴向上跨越所述挠曲部而对至少2点的相对位置的变化进行检测的位置传感器。根据该结构，在管路的2点因地基下沉等而相对地移动的情况下，能够利用位置传感器对其位置的变化进行检测。
21.另外，在本发明的管路信息采集装置中，所述信息采集部是对所述管路的移位进行检测的移位传感器，所述移位传感器可以设置为朝向所述管路的轴向、且跨越所述挠曲部而在至少在2点固定于所述管路。根据该结构，在管路的2点因地基下沉等而相对地移动的情况下，能够利用移位传感器对其移位进行检测。
附图说明
22.图1是示意性地示出本发明实施方式的管路信息采集装置的结构的图。
23.图2是示出图1中使用的发电装置的俯视图。
24.图3是对波纹部的局部进行说明的截面图。
25.图4是示出本发明第二实施方式的管路信息采集装置的发电装置的俯视图。
26.图5是对第二实施方式的管路信息采集装置的波纹部进行说明的截面图。
27.图6是示出第三实施方式的管路信息采集装置的说明图，(a)示出了初始状态，(b)示出了因地基下沉等而导致管路产生移位的状态。
28.图7是第三实施方式的管路信息采集装置的变形例的说明图，(a)示出了初始状态，(b)示出了因地基下沉等而导致管路产生了移位的状态。
具体实施方式
29.参照图1～图7对本发明的一实施方式的管路信息采集装置进行说明。图1所示的第一实施方式的管路信息采集装置从设置于自来水管的管路1的局部的接头管2采集与管路1相关的各种信息(管路信息)。在接头管2设置有发电装置3(发电部)。信息采集装置4(信息采集部)以及发送装置5(发送部)与发电装置3电连接。另外，在从发送装置5离开的位置设置有接收装置6(接收部)。
30.如图1所示，接头管2具备：截面大致呈波形且能够变形的波纹部7(挠曲部)；以及用于与管路1的端部连接的连接部8、9。波纹部7以机械特性、防锈性优异的不锈钢为材料，且形成为由交替配置的多个大径部7a和小径部7b构成的蛇腹状。
31.并且，波纹部7根据用途而设定大径部7a和小径部7b各自的径向尺寸、其厚度等，且具有充足的挠性以及伸缩性。在本实施方式中，该波纹部7形成为优选用于自来水管的尺寸以及形状。
32.发电装置3固定于接头管2的波纹部7，如图2所示，具备在带状的基板10的表面装配的压电元件11。压电元件11将波纹部7的变形动作(主要是振动)变换为电压。基板10是薄膜状的柔性基板，在基板10的表面设置有与压电元件11连接的配线12。
33.如图2所示，压电元件11在作为沿长度方向延伸的挠性片材的基板10的长度方向上形成为长方形。在基板10的一端部形成有用于将从压电元件11获得的电压输出的连接器部13。如图1所示，信息采集装置4以及发送装置5与连接器部13连接。而且，从发送装置5发送的信号由外部的接收装置6接收。
34.如图3所示，基板10粘贴于波纹部7的表面，发电装置3的压电元件11设置于该基板10的表面。压电元件11设置为在波纹部7的大径部7a的顶部(最大外径部)与小径部7b的底部(最小外径部)也无间隙。
35.在本实施方式中，信息采集装置4从发电装置3的压电元件11的输出采集管路信息。当波纹部7因从内部通过的水的影响而振动时，压电元件11的输出产生变化。信息采集装置4利用该压电元件11的输出的变化而获取与波纹部7相关的管路信息。
36.另外，在本实施方式中，温度传感器4a与信息采集装置4连接。该温度传感器4a固定于波纹部7的表面，并获取波纹部7的温度。另外，在本实施方式中，在信息采集装置4设置有非易失性的存储部4b(reeprom等)，采集的电压的数据、温度数据存储于存储部4b。此外，能够根据压电元件11的材质而检测出温度变化，因此，在使用这种压电元件11的情况下，不需要温度传感器4a。
37.接下来，对本实施方式的管路信息采集装置的作动进行说明。图1所示的管路1埋设于地下，其周围由砂土等覆盖。在埋设该管路1的场所是道路的情况下，在管路1的上方设置有砂土以及沥青等。
38.在这种状态下，若水从管路1的内部通过，则波纹部7受到伴随着蛇腹形状而产生
的流体的紊流的影响而振动。另外，当传递来与波纹部7连结的泵等设备的振动、从附近通过的车辆的振动时，波纹部7也振动。并且，若发生地基下沉、地震等，则因与此相伴的移位而产生弯曲、伸缩等变形。
39.此时，波纹部7的大径部7a的顶部以及小径部7b的底部以较大幅度变形。压电元件11设置于包含以较大幅度变形的波纹部7的大径部7a的顶部以及小径部7b的底部的波纹部7的整个长度方向上，因此能够可靠地获得波纹部7的振动而进行发电。
40.波纹部7的振动不仅根据波纹部7的状态还根据流体(自来水)的流量、压力等而变化。因而，从发电装置3的压电元件11获得的电压可以用作表示管路1的状态以及流体的状态的数据。
41.列举一例，在波纹部7、周围的设备等因周围的压力、或者温度的变化、或者经年劣化等原因而导致材质发生变化的情况下，从发电装置3的压电元件11获得的电压的数据产生变动。具体而言，能够想到波纹部7的振动频率升高等变化。因此，信息采集装置4还能够通过采集来自压电元件11的信号而事先察觉波纹部7等的劣化、不良情况。
42.另外，例如，在波纹部7产生龟裂、并从该龟裂处产生流体泄漏(漏水)的情况下，呈现出波纹部7的振动量增加、且从压电元件11获得的电压与正常时不同的变化。因而，在电压出现这种与正常时不同的变化的情况下，能够判断为从波纹部7产生了流体泄漏(漏水)。
43.从发电装置3获得的电压向信息采集装置4发送。另外，除此以外，来自温度传感器4a的温度数据也向信息采集装置4发送。发送的电压的数据、温度数据存储于信息采集装置4的存储部4b。
44.另外，在本实施方式中，从发电装置3获得的电压还向发送装置5发送。发送装置5在规定的定时以无线方式将信息采集装置4的存储部4b中存储的数据向外部发送。从发送装置5向外部发送的信号中包含表示波纹部7的状态以及流体的状态的数据。
45.此时，发送装置5由从发电装置3获得的电力驱动。此外，可以利用发送装置5始终进行信号的发送动作，也可以隔开恒定的时间而间歇性地进行。在间歇性地发送的情况下，将蓄电池(未图示)搭载于发送装置5，在未发送信号时利用发电装置3的电力对蓄电池充电。由此，能够利用蓄电池的电力而获得较高的发送输出。另外，可以根据来自外部的接收装置6的信号而利用发送装置5进行信号的发送动作。
46.而且，从发送装置5发送的信号由外部的接收装置6接收。接收装置6接收到的发送装置5的电压可以用作表示波纹部7的状态以及流体的状态的数据。根据温度传感器4a的信号还能够确认波纹部7的温度状况。由此，能够确认并监控波纹部7的状态以及流体的状态。
47.根据以上结构，本实施方式的管路信息采集装置可以优选应用于自来水管的管路1以及接头管2设置于地下、桥墩等的情况。即，利用从与接头管2一起设置于地下、桥墩等的发电装置3获得的电力(电压)而能够向从管路1、接头管2离开的位置发送数据，因此能够容易地经由接收装置6而监控波纹部7的状态以及流体的状态。
48.接下来，参照图4以及图5对本发明的第二实施方式的管路信息采集装置1a进行说明。第二实施方式的发电装置3a固定于接头管2的波纹部7，如图4所示，具备支承于带状的基板10的多个压电元件11。压电元件11是将波纹部7的变形动作(主要是振动)变换为电压的元件。基板10是薄膜状的柔性基板，形成有与各压电元件11连接的配线12。
49.如图4所示，多个压电元件11在作为沿长度方向延伸的挠性片材的基板10的长度
方向上隔开规定的间隔而设置。在基板10的一端部形成有用于将从压电元件11获得的电压输出的连接器部13。如图1所示，信息采集装置4以及发送装置5与连接器部13连接。
50.如图5所示，发电装置3的压电元件11密接设置于波纹部7的表面。更详细而言，压电元件11设置于波纹部7的大径部7a的顶部(最大外径部)以及小径部7b的底部(最小外径部)。
51.在本实施方式中，发电装置3形成为如下结构：当图4所示的压电元件11在基板10固定于波纹部7时，配置于波纹部7的大径部7a的顶部以及小径部7b的底部。关于该发电装置3，根据波纹部7的形状的变化而准备压电元件11的长度及间隔各不相同的发电装置。
52.在上述第二实施方式中，举例示出了压电元件11设置于波纹部7的大径部7a的顶部(最大外径部)以及小径部7b的底部(最小外径部)双方的例子。然而，并不局限于此，也可以预先将压电元件11仅设置于波纹部7的大径部7a的顶部以及小径部7b的底部中的任一方。
53.接下来，参照图6对本发明的第三实施方式的管路信息采集装置进行说明。第三实施方式的管路信息采集装置1b具备：支柱21，其固定于未设置波纹部7的部分的接头管2；距离传感器(位置传感器)22，其设置于支柱21；以及对象(目标)部件23，其设置于与支柱21分离的位置的接头管2。关于其他结构，由于具备与上述第一实施方式相同的结构，因此省略详细的说明。
54.距离传感器22可以采用利用激光、led或者红外线的距离传感器，在本实施方式中，采用激光型的距离传感器。作为激光型的距离传感器，例如可以采用株式会社基恩士(
キーエンス
)制的内置放大器型光电传感器pr-g系列等。
55.关于对象部件23，如图6(a)所示，在初始状态下，其高度高于支柱21。另外，对象部件23的宽度也形成为大于支柱21。在本实施方式中，在将管路信息采集装置1b设置于地下等的情况下，在装配有未图示的罩的基础上将支柱21、距离传感器22以及对象部件23设置为不由砂土覆盖。
56.关于本实施方式的管路信息采集装置1b，如果因地震等原因而产生地基下沉等、且设置于支柱21的距离传感器22和部件23的相对距离发生变化，则能够利用距离传感器22检测出该变化。
57.关于对象部件23，在初始状态下，其高度高于支柱21，宽度也大于支柱21，因此，即使在因地基下沉等而导致相对于支柱21相对移动的情况下，也是在距离传感器22的测定范围内的移动。另外，可以预先在对象部件23设置刻度，并利用距离传感器22读取刻度而测量移动距离。
58.由距离传感器22检测出的距离的变化向信息采集装置4发送，且从发送装置5向外部发送，因此，即使在装置的设置部位为远处部位的情况下，也能够容易地获取地基下沉等信息。
59.接下来，参照图7对本发明的第三实施方式的变形例的管路信息采集装置进行说明。本变形例的管路信息采集装置1c具备：支柱21，其固定于未设置波纹部7的部分的接头管2；移动传感器(位置传感器)24，其设置于与支柱21分离的位置；以及连结部件25，其将支柱21和移动传感器24连结。关于其他结构，由于具备与上述第三实施方式相同的结构，因此省略详细的说明。
60.移动传感器24是在图7中的上下方向的2点间的相对位置发生了变化时对其移动量进行检测的传感器。作为该移动传感器24，可以采用例如株式会社
テクロック
(teclock)数字指示器pd-512p等。
61.如图7(a)以及(b)所示，移动传感器24在测定距离的方向上伸缩自如。在本实施方式中，在管路信息采集装置1c设置于地下等的情况下，可以使砂土将支柱21、移动传感器24以及连结部件25也覆盖，也可以装配未图示的罩而不使砂土将上述部件覆盖。
62.关于本变形例的管路信息采集装置1c，如图7(b)所示，若因地震等产生地基下沉等而导致设置于支柱21的部分和设置有移动传感器24的部分的相对距离发生变化，则能够利用移动传感器24对该移动量进行检测。利用移动传感器24检测出的相对位置的变化向信息采集装置4发送并从发送装置5向外部发送，因此，即使在装置的设置部位为远处的情况下，也能够容易地获得地基下沉等信息。
63.在本变形例的管路信息采集装置1c中，作为移动传感器24而对上下方向的移动距离进行检测，但并不局限于此，也可以对连结部件25的轴向上的移动距离进行检测。
64.另外，作为移动传感器24，除了上述小径高灵敏度移位计以外，还可以采用hbm公司制的光纤式应变仪等。在该情况下，可以将该应变仪固定于连结部件25，或者可以如图7的移动传感器24那样设置为朝向上下方向。
65.此外，在上述实施方式中，利用发电装置3发电所得的电力对发送装置5进行驱动，但并不局限于此，也可以将非接触供电装置设置于接收装置6，从该非接触供电装置发送用于电力励磁的电波进行供电，使发送装置5内产生电力并利用该电力向外部发送信息。
66.另外，在上述实施方式中，将存储部4b设置于信息采集装置4，但并不局限于此，也可以不存储获取的数据而是通过发送装置5向外部发送，在接收装置6侧对利用接收装置6接收的数据进行存储。
67.附图标记说明
[0068]1…
管路、3、3a
…
发电装置(发电部)、4
…
信息采集装置(信息采集部)、5
…
发送装置(发送部)、6
…
接收装置(接收部)、7
…
波纹部(挠曲部)、7a
…
大径部、7b
…
小径部、11
…
压电元件、22
…
距离传感器(位置传感器)、24
…
移动传感器(位置传感器)。