地中無線通信型埋設計器の長期計測における制限因子とその対策法

要約

低周波電磁波を用いた地中無線通信型埋設計器を開発し、実際のフィルダムで長期検証を実施した。長期間の計測を行う上で、電池の経年劣化に伴う通信時の電圧降下が制限因子となり、通信障害が発生する。その対策には、電池の並列化等が有効である。

• キーワード:モニタリング、フィルダム、ワイヤレス間隙水圧計、長期計測、地中無線通信
• 担当:水利施設再生・保全・施設機能・性能照査
• 代表連絡先:電話 029-838-7571
• 研究所名:農村工学研究所・施設工学研究領域
• 分類:研究成果情報

背景・ねらい

フィルダムなどの盛土構造物には、施工時、運用時の構造物の安全性を確認するため、間隙水圧計や土圧計などの埋設計器が設置される。これらの多くは電源の供給および計測データの伝送のための導電ケーブルが必要となるが、(a)ケーブル敷設用トレンチの掘削、ケーブル敷設、埋め戻し工程に伴う盛立て作業効率の低下、(b)ケーブルの断線、絶縁低下や誘導雷による埋設計器の故障に伴う計測の不安定化、等の問題点が指摘されている。
これらの問題を解決するため、低周波電磁波を用いた地中無線通信技術を活用し、導電ケーブルを必要としない地中無線通信型埋設計器として、ワイヤレス間隙水圧計を開発した。実ダムでの長期計測により、ワイヤレス間隙水圧計の計測性能および計測寿命とその問題点を検証し、改良方法を検討する。その後、改良を施した機器を、フィルダムに埋設し、その改良効果を検証する。

成果の内容・特徴

• 実ダム設置後5年半にわたる試験計測結果より、ワイヤレス間隙水圧計のテストモデルの計測値は、従来のケーブル式間隙水圧計の計測値と高い相関を示す(図1)。
• 試験的に実ダムに埋設したワイヤレス間隙水圧計のテストモデルは、想定動作期間10年を下回る5年半で通信途絶状態となった。一方、室内電池負荷試験の結果から、ワイヤレス間隙水圧計内部に搭載されたリチウム電池の容量は不足しておらず、電池の内部抵抗が経時的に増大し、大きな電流が必要となるデータ送信時に電池が電圧降下を起こし機器が正常に動作しなくなることが、通信途絶の原因である(表1、図2)。
• ワイヤレス間隙水圧計内の電池内部抵抗の増加による電圧降下の影響を緩和するためには、リチウム電池の並列化が有効である(図3)。
• 上記の対策を実施したワイヤレス間隙水圧計を用い、実ダムでの長期計測を実施した。その結果、埋設後6年経過後も正常に動作しており、電池の内部抵抗の増加も対策前のテストモデルに比べ、極めて緩慢である(図4)。

成果の活用面・留意点

• フィルダム維持管理の高度化のみでなく、その他の農業用水利施設の維持管理や防災・減災分野での活用が可能。
• 本対策法は、ワイヤレス間隙水圧計だけでなく、内蔵電池で動作する計器による長期計測全般で活用可能。

具体的データ

その他

• 中課題名:農業用水利施設の効率的な構造診断機能診断及び性能照査手法の開発
• 中課題整理番号:411a0
• 予算区分:交付金
• 研究期間:2011～2013年度
• 研究担当者:林田洋一、増川晋、田頭秀和
• 発表論文等:林田ら(2013)土木学会論文集F3(土木情報学)、69(1):47-57