コンクリートパイルの監視システム、及び設置方法
【課題】コンクリートパイルの監視システム、及び設置方法
【解決手段】パイルのようなコンクリート構造の製造、設置、及び／又はライフサイクルに関するデータを追跡及び監視するシステムと、このようなデータを追跡し、記憶し、これにアクセスする、関連したシステム構成要素及び方法とを提供する。このシステムは、１つ以上の組込み可能なアンテナアセンブリと、成型前にコンクリート構造フォーム内に設置されるセンサパッケージとを利用する。アンテナ（１つ以上）は、構造からのデータの無線通信を提供する。また、構造関連のデータをこの構造によって記憶するオンボードメモリを提供する。さらに、駆動中にパイルを追跡するシステムを提供する。
【解決手段】パイルのようなコンクリート構造の製造、設置、及び／又はライフサイクルに関するデータを追跡及び監視するシステムと、このようなデータを追跡し、記憶し、これにアクセスする、関連したシステム構成要素及び方法とを提供する。このシステムは、１つ以上の組込み可能なアンテナアセンブリと、成型前にコンクリート構造フォーム内に設置されるセンサパッケージとを利用する。アンテナ（１つ以上）は、構造からのデータの無線通信を提供する。また、構造関連のデータをこの構造によって記憶するオンボードメモリを提供する。さらに、駆動中にパイルを追跡するシステムを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートのパイル及び構造を長期監視するための監視システム、さらに、このようなシステムを、内部に計器とセンサがプレキャストされたパイル及び構造に設置及び接続する手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のところ、パイルやスパンのようなコンクリート構造の設置に関連した状況、又はこれによって発生した状況を決定するために、このような構造から情報を通信する効果的な方法は存在しない。また現在のところ、手作業でひずみ計／加速度計監視装置を装着して、設置中にパイル内の力と速度を監視するには大変な労力がかかるため、監視対象となるパイルのようなコンクリート構造では、耐負荷及び他の応力／ひずみ関連のデータを実際に監視できるのは約１０個のうち１個である。一般に、パイルは、構造に巻き付くチョーカケーブルによって位置決めされた後にクレーンで上昇されるため、位置決めの最中にチョーカケーブルによって損傷又は切断されてしまう危険を避けるため、パイルの外側には何も配置することができない。現時点では、駆動のためにパイルを位置決めした後に、所望の位置まで登り、必要な計器とセンサをを直立しているパイルに手作業で装着している。これは労働集約型で、時間とコストがかかる上に、設置者に危険を強いる方法である。これ自体では限られた監視しか一般に実施できないため、より高い設計安全性要因が必要となる。駆動時に無線監視を実行する手段は、テスト工程に関連するコストを低減し、時間を短縮する上で非常に価値があるため、この手段を使用すればより多くのテストの実施が可能となる。しかしこれには、パイルからのセンサデータの無線送信を含む数多くの技術的な障害が伴う。
【０００３】
ＲＦアンテナをコンクリートに設置したり、コンクリート内に組み込む上での基本的な問題は、コンクリートの年数と共に変化する多量の誘電成分によって、ＲＦアンテナの性能が著しく低下してしまうことである。これは、非常に困難で大変な使用環境を呈する。空気の誘電定数が１．０、水が８０である場合に、コンクリートの誘電定数は２０（新鮮）〜６（水の内容量に従って数ヶ月後に完全に硬化）の間で変化する。この出願におけるコンクリート構造では、成型後約２８日間、又はこれよりも短い期間使用した後に、誘電定数が約９．０になることがわかった。
【０００４】
ＲＦアンテナの付近に配置されたコンクリートの比較的高い誘電性によって、（現時点ではデチューンされている）アンテナから出射されたエネルギーのほとんどがアンテナから引き出されてコンクリート内に注入される。自由空気と結合した残りのＲＦエネルギーの全ては、ひずんだ、及び／又は不規則なパターンによって激しく減衰する。これは、典型的なアンテナ設計は自由空気環境で動作するように作製されているためである。
【０００５】
これに加え、パイルのような構造要素の設置後にはデータの収集が停止する。このデータは分析され、長期間にわたって構造要素を劣化させ構造的な欠陥を招く原因である周期的な負荷及び厳しい環境への露出を考慮した、構造要素の長期安定性と構造適性を監視するために使用されるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなコンクリート構造を、これの使用寿命にかけて監視するためのより効率的で費用効果的な方法及びシステムを提供することが望ましい。成型中及び製造工程中に容易に設置でき、また、構造全体の安全性と信頼性の面で妥協することなく、より効果的な設計を利用できるようにするべく所与の用途における全てのコンクリート構造、特に建物、橋、路床用の特定のパイルを監視できるようにするために、上記のような費用効果的な方法で監視を行うことが可能なシステムを提供することがさらに好ましい。これに加え、設置後に頂部を切断したパイルの場合のような、全天候型のコンクリート構造要素全てを含むコンクリート構造のライフサイクル監視を行うシステムを提供することが望ましい。また、組み込まれた計器を、構造の最終状態に関係なく監視する手段を提供することも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、パイルのようなコンクリート構造の製造、設置、及び／又はライフサイクルに関するデータを追跡及び監視するシステムと、これに関連した、このようなデータの追跡、記憶、アクセスを行うシステム構成要素及び方法とを提供する。
【０００８】
本発明の１つの態様では、製造及び移送中に構造の表面から突出することのない、反射装置を装備した永久的で組み込み式のアンテナが提供される。このアンテナは、コンクリート構造の側壁と同一平面をなすように挿入され、外面から構造内へ限られた長さだけ延びるため、構造の完全性を危険に晒すことがない。これに加え、このアンテナは構造の内部鋼鉄骨組みから離間しているため、湿気の浸入と、関連する構造完全性の損失を防止する。
【０００９】
アンテナの取り付け／設計は、多数回に及ぶ最大約＋／−１０００Ｇの重力がかかるハンマー打撃によって特徴付けられる、高い衝撃が繰り返される使用環境に耐えられなくてはならない。これは例えば、補強コンクリートパイルの駆動中に見られる。
【００１０】
さらに、アンテナは、湿気への露出を含む野外での動作環境に晒されるが、湿気はアンテナの性能を低下させたり不能にするため、湿気を保持又は維持することはできない。
【００１１】
本発明のアンテナは、構造内に永久的に組み込まれ、使い捨て可能で低コストである。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、製造中にコンクリート構造の表面よりも下に組み込まれるアンテナ配列が提供される。このアンテナ配列は、アンテナを、第１の収容位置から、コンクリート表面から突出する第２の延長位置へ移動させるアクチュエータを含む。アクチュエータは手動で操作されるか、又は、例えばパイル駆動ハンマーの第１の打撃（１つ以上）のような、コンクリート構造を通って伝播する特定の負荷あるいは指向性衝撃波によって、もしくは制御命令や他の電気信号によって、始動される。
【００１３】
本発明はまた、センサ及び計器を、成型前のパイルフォーム内に、Ｕ字型垂下アセンブリを使用して、簡単及び繰り返し可能な方式で経済的かつ迅速に設置する方法を提供する。Ｕ字型垂下アセンブリはセンサ／計器パッケージを垂直に配置することで、成型におけるセンサ／電子機器の損傷の可能性を低減し、好ましくは、成型前にセンサ／計器パッケージをパイルフォーム内に自動的に中心決めすることで、精密なセンサ読み出しを確保する。
【００１４】
本発明はまた、パイル設置全体にわたるパイル情報の追跡を可能にする履歴追跡及び記録メモリを提供し、これは、設置中にリアルタイムのフィードバックを作業者に提供するためにも使用される。
【００１５】
本発明はまた、別のコンクリート構造要素に加え、パイルのライフサイクル監視の方法も提供する。この方法では、パイルフォーム内のストランドどうしの間に１つ以上のセンサ／計器パッケージを挿入することで、センサをパイルの核範囲内に位置決めする。このセンサ／計器パッケージは、例えば、ひずみ計、加速度計、間隙圧、温度及び／又は湿度センサなどであってよい。次に、パイルを成型してセンサを封入する。無線／アンテナアセンブリは、少なくともアンテナがパイルの頂部付近から露出した状態で、フォーム内に位置決めされた後、パイル内でプレキャストされることが好ましい。パイルを建築現場で駆動させ、この駆動中にセンサ／計器パッケージ（１つ以上）からデータをリアルタイムに取得する。このデータは、駆動データのリアルタイムの検査及び分析を可能にする制御／監視システムに送信される。駆動後に、パイルを、既存のセンサ／計器パッケージ（１つ以上）に接続／インターフェースされたネットワーク化された監視ノードに取り替える。所与のパイルの一意アドレス指定情報を、好ましくはセンサパッケージアドレスＩＤに論理的にリンクさせることで保持する。次に、これらのノード（及び、全体構造内の別のセンサからの潜在的なノード）を外部ゲートウェイに接続／ネットワーク化させると、全体構造の一部又は全てをライフサイクル監視することが可能になる。
【００１６】
前述の概要と、以下に述べる本発明の好ましい実施形態の詳細な説明は、添付の図面と共に読解することで理解が増す。本発明を例証する目的で、現在好ましい実施形態を図面に示している。しかし、本発明は提示されたとおりの配列に限定されないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】パイル形成のために内部でコンクリートを成型する前の段階にあるパイルフォーム内のストランドを示す斜視図である。
【図２】図１と類似する拡大斜視図である。
【図３】コンクリートをフォーム内で成型した後のパイルフォームを示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるアンテナアセンブリの第１の実施形態の展開図である。
【図５】図４のアンテナの断面図であり、パイルのようなコンクリート構造の側部に組み込まれた状態を示す。
【図６】パイル頂部に対向して配置したアンテナ場所を示す斜視図である。
【図７】コンクリート構造の表面と同一平面をなして取り付けられた展開可能なアンテナアセンブリの側面図である。
【図８】図７のアンテナの斜視図である。
【図９】本発明による現場で展開可能なアンテナの代替実施形態の斜視図である。
【図１０】本発明による別のアンテナアセンブリを形成するために使用された反射装置の一部分解斜視図である。
【図１１】本発明による第２の反射装置アセンブリを示す一部分解斜視図である。
【図１２】電子機器モジュールハウジングが取り付けられ外部に露出した状態にある、アンテナハウジングと反射装置アセンブリの展開図である。
【図１３】図１２に示したアンテナ管とハウジングを密封するために使用される重合体プラグの拡大断面図である。
【図１４】図１２に示したアンテナ反射装置アセンブリのための、第１のタイプの端部キャップの正面図である。
【図１５】図１２に示したアンテナ反射装置アセンブリのための、第２の端部キャップの正面図である。
【図１６】電子機器モジュールハウジングがない、図１２と類似した、本発明による別のアンテナアセンブリの斜視図である。
【図１７】解除ガスケットが電子機器モジュールハウジングカバーの周囲に配置されている、図１２と類似した、アンテナアセンブリの斜視図である。
【図１８】図１７に示したアンテナアセンブリの背面斜視図である。
【図１９】パイルフォームの断面図であり、本発明によるアンテナアセンブリをパイルフォーム内に対向させて位置決めした状態を示す。
【図２０】パイルフォームの断面図であり、パイル内に計器を垂直に取り付けるための本発明によるストランドとＵ字型棒垂下アセンブリとを示している。
【図２１】Ｕ字型棒垂下アセンブリの展開斜視図である。
【図２２】取り付けたひずみ計、加速度計、電子機器モジュールと共に示された、組み立てた状態にあるＵ字型棒垂下アセンブリの、一部を概略的に示した側面図である。
【図２３】ひずみ計、加速度計、電子機器モジュールを装備したＵ字型棒垂下アセンブリの別の実施形態を示した、図２２と類似する側面図である。
【図２４】図２３のＵ字型棒垂下アセンブリの中央区間における電子機器とセンサ取り付け具の斜視図である。
【図２５】図２４のＵ字型棒垂下アセンブリに関連したセンサ取り付け具を示す背面斜視図である。
【図２６】加速度計用の耐水ハウジングの断面図である。
【図２７】頂部及び先端センサ／ゲージパッケージと無線／電子機器コンパートメントとの間の接続を示すパイルの略図である。
【図２８】図２７と類似のパイルの略図であり、この場合にパイルは、駆動後に頂部を切断したパイル用の組み込まれた先端計器への接続を可能にするためのワイヤ容器と案内管を含む。
【図２９】図２８の線２９−２９に沿ったパイルの断面図である。
【図３０】パイルを除いた状態で示す、図２８のパイルセンサとアンテナ配列の略図である。
【図３１】共通データバックボーンとパイル内送信システムを示すパイルの略図である。
【図３２】無線電子機器をネットワークノードモジュールと交換中の、駆動されるパイルの頂部の斜視図である。
【図３３】頂部を切断したパイルの斜視図であり、ネットワークノードモジュールと接続した状態を示す。
【図３４Ａ】本発明によるライフサイクル監視システムを示すフローチャートの一部である。
【図３４Ｂ】本発明によるライフサイクル監視システムを示すフローチャートの一部である。
【図３４Ｃ】本発明によるライフサイクル監視システムを示すフローチャートの一部である。
【図３５】構造の追加部材、及び／又はデータを取得／監視するための遠隔操作アップリンクに接続するべく、共にノードに接続している監視センサを有する複数のパイル頂部の上に配置された、コンクリートキャップ成型の斜視図である。
【図３６】本発明によるパイルの貫通深度を追跡するシステムの斜視図である。
【図３７】パイルの貫通深度を追跡する代替システムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の説明では、特定の専門用語を便宜面のみの目的で用いるが、これは限定を考慮したものではない。用語「下方」、「上方」、「左」、「右」は、参照する図面中の方向を示す。ここで使用しているとおり、「Ａ、Ｂ、Ｃの少なくとも１つ」とは、Ａ、Ｂ、Ｃのうちいずれか１つ、あるいはこれらの組み合わせを意味する。この場合Ａ、Ｂ、Ｃは本発明の顕著な特徴を表す。これに加えて、用語「或る（ａ）」「１つの（ｏｎｅ）」は、特に表記がない限り、参照する項目のうち１つ以上を含むものとして定義される。
【００１９】
図１を参照すると、パイルを形成するために、パイルフォーム１４内にコンクリートを注入して成型を行う前の、パイルフォーム１４内にパイル１０用のストランド１２を配置した状態を示している。設置中及び設置後にパイルからデータを送信するための複数のセンサ１６とアンテナアセンブリ１８が、好ましくはケーブル連結部又は類似の保持装置を使用して、ストランド１２に接続された状態、又はストランド１２から垂下した状態あるいはこれの上にある状態で示している。複数のセンサ及び複数のアンテナの好ましい用途は、下記に詳細に述べるとおり、パイルの設置及び／又はライフサイクル監視を行うため、又は場合によってはパイルデータの記録を行うために、パイル内に組み込んだセンサによって収集されたデータの直接無線データ転送を利用し、パイルを監視するというものである。
【００２０】
図２は、１つの好ましいアンテナ／無線アセンブリ６０の拡大図であり、このアンテナ／無線アセンブリ６０は、フォーム内にコンクリートを注入成型した際にコンクリートの中で浮き、これの頂面がパイルの表面に位置するようにパイルストランド１２の頂部に一時的に配置されている。これに加え、センサ１６をパイルストランド１２どうしの間に配置するために、センサ１６は好ましい垂下アセンブリに取り付けられている。これについては以下で詳細に説明する。
【００２１】
図３は、コンクリートを注入してフォーム１４内に成型されたパイル１０を示す。アンテナ１８の表面は、パイルドライブ以前、最中、及び／又は以降に信号送信を実行できるように露出している。また、アンテナ／無線アセンブリ６０のカバー６４も露出した状態のままである。アンテナ１８を取り外して、電子機器モジュールハウジング６１のカバー６４内に組み込むこともできる。以下でこれを詳細に説明する。
【００２２】
図４、図５に、本発明によるアンテナアセンブリ１８の第１の実施形態を示す。製造中に、アンテナアセンブリ１８は、図３に示すパイル１０のようなコンクリート構造の側部に同一面取り付けされる。アンテナをパイル１０の周囲のコンクリートから分離することが重要である。これは、好ましくは鋼鉄かアルミニウムのような金属製であるコーナーリフレクタ２４を設けることで達成される。このコーナーリフレクタは、あるいは、電導性コーティングを施したプラスチック製であってもよい。従来のコーナーアンテナは、利得を提供する別の用途に使用されてきたが、本願明細書の場合には、アンテナを、これらが組み込まれている周囲のコンクリート構造から隔離させる目的で、慣習にとらわれない方法で使用する。典型的なコーナーリフレクタ用途では、リフレクタは、反射した波が同調して追加され、利得が提供されるように、アンテナから１／２波長離れた場所に配置される。本発明の用途によるコンクリート内の構造補強に基づく深さ規制のために、コーナーリフレクタ２４の金属表面をアンテナから十分に離れた場所に配置することで、アンテナへのデチューンの影響（インピーダンスの不整合損失によって生じる）が最小化され、また、同金属表面を遠すぎない場所に配置することで、反射波によって生じる破壊的な干渉が最小化される。１つの用途では、９１６ＭＨｚの基準波長には、約１／６波長分の空間を提供する２．１インチ（約５．３３ｃｍ）の距離が好ましい。
【００２３】
本発明の、より短い波長／より高い周波数（例えば２．４ＧＨｚ）の別の実施形態では、組み込まれた、全体形状がより小型のアンテナアセンブリには約１インチ（２．５４ｃｍ）の間隔を設ければよい。
【００２４】
やはり図４、図５を参照すると、アンテナ２６は、オープンセル型発泡ブロック２８又はこれと類似した非湿気吸収又は保持スペーサを設け、裏面に金属被覆を施したリフレクタに関連して適所に保持される。当該周波数にあるＲＦ透過材料から形成されたカバープレート３０をアンテナ２６の上に設置することが好ましい。このカバーは、図３に示すようにコンクリート構造の表面と同一平面を成すことが好ましい。グロメット３１を、アンテナ２６から延びているワイヤ又は同軸ケーブル周囲に配置することが好ましい。このアセンブリ１８の全体は、耐水方法で組み立てることが好ましい。
【００２５】
図６は、パイル１０頂端部の対向した面上へのアンテナ１８の好ましい配置を示す。このアンテナアセンブリ１８は、頂部から２ｄだけ下に配置されることが好ましい。ここで、ｄはパイル１０の幅である。センサ１６も頂部から２ｄの場所に配置され、追加のチップセンサはパイルチップから２ｄに配置されていることが好ましい。これについては以下で詳細に説明している。しかし、センサはパイル断面の中間／核部分に配置されている。
【００２６】
図７、図８を参照すると、本発明の別の実施形態では、単式（又は複式）の引き込み可能なばね負荷型アンテナアセンブリ５０を提供している。パイルの製造及び移送中、アンテナ５２とパイル面は同一平面をなした状態に維持される。アンテナアセンブリ（１つ以上）５０は、実際のパイルハンマーによる垂直打撃があった場合、又は制御命令が受信されてソレノイド駆動リリースが始動された場合のいずれかのみに展開位置へ延びるアンテナ５２を有する。好ましくは絶縁基板上に被覆された金属や他の伝導性材料から形成される伝導性グラウンド面５４が、コンクリート構造の表面と同一平面上に取り付けられている。この伝導性グラウンド面５４は、カバー３０のような表面上に定在しており、アンテナが展開されるとアンテナ構造の一部として動作する。アンテナ５２の長さは、好ましくは１／４λであり、グラウンド面５４は約λ／２のディメンションを有し、さらに、直径又は辺長さが約λ／２の円形又は四角形であることが好ましい。この配列が好ましいが、別の配列利用も可能である。
【００２７】
代わってあるいは遠隔リリースに加えて、アンテナアセンブリ５０の自動延長の試みが失敗した場合に備えて、、手動押しボタンのオーバライド５５を設けられる。これは、使用者がロッド又はピンを挿入したり、アンテナ５２を収容状態にて保持するキャッチを解放できるようにするために、グラウンド面５４に配置された小型開口部であってよい。
【００２８】
アンテナ（１つ以上）５２は、適切な度数の強打又は制御命令を受けると、コンクリート面から直角に延びる。これは、図８に示すように蝶番を取り付けたアンテナ５２によって容易に達成できる。強打又は制御によって始動されたソレノイド又はプランジャがキャッチを解放し、アンテナは、円周力コイルばね又は圧縮ばね（図示せず）の力で駆動されて外方へ回転する。代わって、図９に示すように、アセンブリ５６は、コンクリート構造の表面に配置されている電導グラウンド面５４ａの表面に対してほぼ直交して延びている非電導スリーブ５８内に配置されたアンテナ５７を含むことができ、また、上述の検出された強打又は制御信号のいずれかによってキャッチの解放が始動されると、キャッチが解放され、アンテナ５７が外方に跳ねて、スリーブ５８からグラウンド面５４ａの上の方の延長位置へ到達する。
【００２９】
アンテナ（１つ以上）が設置中にグレード（水又は地面）に当たった場合には、繋がれたパイルの場合と同様に、内蔵の感知回路要素が、以下で詳細に説明するように、データの送信をグレードよりも上のアンテナ又は内蔵トランシーバに切り替えるか、又は、データエクスポート用ジャックを介して直接接続できるようにする。
【００３０】
図１０、図１１は、アンテナアセンブリ８０、９０の２つの追加の代替実施形態を示している。これらのアンテナアセンブリは、非常にコスト効率的な方法で構成され、また、厚さがλ／４、直径が好ましくはλ／２よりも大きい又はこれと等しい低損失及び低誘電性材料のプラグ８２、９２を使用している。各プラグは、プラスチック、又は上述の必要性を満たす何らかの適切な材料から形成されていてよく、また好ましくは円筒形（図１０）、半球形、放物線形（図１１）である。側部と底部は、金属被覆したホイル又は別の何らかの適切な材料のような電導性コーティング８４、９４で被覆されている。外部密封された中心開口部８５、９５を通って、同軸ケーブル８８、９８の中心ワイヤ８６、９６がλ／４の長さで延びている。ケーブル８８、９８のグラウンドブレードが、電導性コーティング８４、９４の中心開口部８５、９５のプラグ８２、９２の底部を通って延びている範囲に半田付けされるか、あるいは接続されている。低コストのアンテナを提供するために、製造中、プラグ８２、９２の頂面がカバーとして機能し、コンクリート構造の表面と同一平面に設置される。
【００３１】
図１２ないし図１５は、上方アンテナ／無線アセンブリ６０の好ましい実施形態を詳細に示している。アンテナアセンブリ６０は、リフレクタ本体６６を有するリフレクタアセンブリ６５を含んでいることが好ましく、リフレクタ本体６６は、上方に曲がった金属シートによって好ましくはＶ字形状に形成され、また、図１４、図１５に示すように、これの両端には端部キャップ６８、７０が取り付けられている。リフレクタアセンブリ６５は、アルミニウム又はステンレス鋼のような金属材料で形成されていることが好ましい。しかし、これ以外の適当な金属材料も利用でき、又は、金属コーティングされた重合体材料も適している。所望の周波数のＲＦ透過材料で形成された保護カバー７２が提供されている。このカバー７２は、パイル製造における成型中にコンクリートをアンテナアセンブリ６０から離しておくために必要であり、所望であればコンクリート硬化後に取り除くことができる。１つの好ましい実施形態では、これは、硬い厚紙／厚紙、あるいは厚さが約０．０２インチ（約０．０５ｃｍ）より厚く、リフレクタアセンブリ６５に接着、テープ接着、若しくは密封することができる重合体材料で形成されている。
【００３２】
アンテナアセンブリ６０はさらに、ワイヤ用のハウジング６１と、アンテナ７６に関連する電子構成要素と、データ信号の送信を行う無線モジュールとを含んでいる。アンテナ７６は、ＰＶＣのような重合体材料で形成されたアンテナ管７８の内部に配置されていることが好ましい。アンテナ７６は、好ましくはハウジング６１から延びている結合部６９と、ハウジング６１内部から結合部６９内へ挿入されアンテナベースの周囲に延びているプラグ７９とを使用して、耐水方法でハウジング６１と接続している。これについては図１３に示されている。プラグ７９は、ハウジング６１内に、符号８１で示すように密封又は接着されていることが好ましい。前記リフレクタアセンブリ６５は、第１の端部キャップ６８がハウジング６１と接触するように、アンテナ管７８の上の方に設置されている。管端部キャップ８３は、アンテナ７６の設置後にアンテナ管の７８の端部を密封するために使用される。耐水コネクタ９１をハウジング６１の側面に設けた開口部（１つ以上）内に挿入すれば、パイル１０内に設置されている感知システムの様々なエレメントへデータ信号を送信する、及び／又は電力を伝送するワイヤ、ケーブルなどのための耐水入口地点及び出口地点を提供できる。これに加え、例えば提供されたフランジへのリベットで、又はこれ以外のクリップ、接着、ケーブル連結部などの任意の適切な接続によって、浮力補正板８７がハウジング６１の底部に好ましく接続される。この浮力補正板８７は、上に十分な量のコンクリートを配置できる寸法に作製されているので、浮力補正板８７がアンテナアセンブリ６０の浮力に対抗することで、カバー７２とパイル表面がほぼ同一平面にある状態において、アンテナアセンブリ６０がパイルストランドよりも上の浮遊位置に維持される。
【００３３】
前記ハウジング６１、結合部６９、プラグ７９、アンテナ管７８、耐浮遊板８７、端部キャップ８３は全てＰＶＣ又は類似の重合体材料で作製され、単純かつ効率的な方法で相互に組み立て及び接着できることが好ましい。リフレクタアセンブリ６５のカバー７２は、パイルフォーム１４内に配置されて、パイルの外面に沿って保持され、パイルの外面の一部を形成することが好ましい。また、パイルの形成後に、ハウジング６１内に配置されているワイヤ、ケーブル、電池、診断サポート、及び／又は電子構成要素に接触できるようにするために、接触用カバー６４がハウジング６１に設けられ、さらにパイルの表面にも位置していることが好ましい。
【００３４】
図１６は、第２のアンテナアセンブリ６２用のリフレクタアセンブリ８９を示しており、このリフレクタアセンブリ８９は、カバー７２と、好ましくはＶ字型のリフレクタ本体６６とを含んでいる。アンテナ７６を挿入したアンテナ管７８をリフレクタアセンブリ８９内部に入れ、この両端部を２つのリフレクタ端部キャップ７０で閉鎖する。アンテナが管７８内に設置されると、アンテナケーブルのみがリフレクタアセンブリ８９の一端から外部へ出た状態で、管の両端部が管端部キャップ８３又は類似タイプの端部キャップによって耐水密封され、これで第２のアンテナアセンブリ６２の形成が完了する。
【００３５】
図１７、図１８は、設置を改善した好ましいアンテナ／無線アセンブリ６０を示している。カバー６４の取り外しを可能にするために、図１７に示すように、発泡又はゴムスリーブ６３をハウジング６１の頂部周囲に設置し、これを上方へ、カバー６４のリップ部を越えた場所にまで延ばしている。これにより、パイル１０の形成に使用されるコンクリートがカバー６４を適所でロックすることが防止され、また、スリーブ６３は、コンクリートが硬化し、カバー６４の取り外しを可能にする空隙ができた後に取り外すことが好ましい。あるいは、スリーブ６３を取り外さずに、湿気の進入及び安定を防止するための密封として機能させることもできる。
【００３６】
複数の個別に切り替え可能で一意に識別されるアンテナを、コンクリートパイル構造内に組み込むことが好ましく、このアンテナは、ハウジング６１内に無線モジュールが取り付けられたアンテナアセンブリ６０と、場合によっては１つ以上のアンテナアセンブリ６２と、あるいは上述で確認された別タイプのアンテナアセンブリとを含んでいることが好ましい。これらのアンテナは、どのアンテナ位置が最高の信号強度を提供するか、次いで最高のデータ帯域幅機能を提供するかを、受容システムによって、受容システムの物理位置に基づきラウンドロビン方式で、好ましくは自動的に使用可能にされる。このアンテナ（位置）のみが選択され、後続の全てのデータ通信について使用可能となる。パフォーマンスを最適化するために、データ取得の最中、使用されていないアンテナ位置には送電がされない。データ取得の最中、選択されたアンテナからの信号を損失してしまった場合、システムが残りのアンテナの１つとの接触の自動確立を試みることができる可能性がある。
【００３７】
アンテナ選択基準は、受信した信号の強度インジケータ信号（ＲＳＳＩ）、リンク品質、計算された検査信号送信帯域幅の組み合わせに基づくことが好ましい。アンテナを選択し、これを使用可能にするために使用される特定のプロトコルの選択は、使用している特定のシステムと用途に基づいて行うことができる。しかし、一般的には、最高の伝送能力を持ったアンテナが選択されて、使用及び電力供給される。一旦選択されると、選択されたアンテナには、全システム電力が送られてシステム電池の寿命が延長される一方で、最良の信号強度と最高の帯域幅が提供される。また、アンテナ構造はパイルの表面上に露出しているため、複数のアンテナを使用することによって、１つのアンテナが損傷した場合にも冗長性オプションと回復オプションを提供することができる。
【００３８】
次に図１９は、パイルフォーム１４内に配置されたアンテナアセンブリ６０、６２を示す。上方アンテナアセンブリ６０は、製造後に水浸入源がストランドスケルトンに到達することを防止するために、コンクリート中のストランド１２の上方の位置に浮いた状態にあることが好ましい。下方アンテナ６２は、底面と同一平面にあるフォームの底部に配置でき、成型中のコンクリートの重量によってこの位置に維持される。上述した別型のアンテナアセンブリを使用することもできる。パイルフォーム１４の対向する側壁にアンテナアセンブリを配置してもよい。
【００３９】
図１ないし図３に示したセンサ設置の際に遭遇する１つの問題は、コンクリートの注入、これに続く振動器又は他の手段を使用したコンクリートの硬化の最中に、ストランド１２の上又はこれらの間にセンサを水平に取り付けることで、コンクリートの注入及び／又は突き固めをするべき凸凹の輪郭が増え、センサへの損傷の可能性が高まることである。
【００４０】
図２０に示すように、本発明によれば、パイルフォーム１４内に設置するセンサの迅速で精密かつ繰り返し可能な位置決めを促進するために、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’をパイルフォーム１４内にほぼ垂直に設置することが好ましい。これには、パイルの核の断面内に配置しなければならない加速度計１２２とひずみ計１２４とが含まれることが好ましい。Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’は、ばね負荷型のものであることが好ましく、また、後続のパイルの駆動中にも精密な加速度測定を実施すべく加速度計をパイル長さと直交する位置に維持し、さらに、精密なひずみ測定を実施するようにひずみ計をパイルの縦軸と平行する位置に維持しながら、ハンド測定の必要なく、センサをパイルフォーム１４の核範囲の中心内に繰り返し可能に位置決めできることが好ましい。
【００４１】
次に、図２１、図２２を参照しながら、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０の第１の実施形態を詳細に説明する。Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０は、上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８を含んでいる。下方Ｕ字型フレーム１２８の脚部は、上方Ｕ字型フレーム１２６の脚部内で滑動することができる。上方Ｕ字型フレーム１２６の脚部内には、ばね１３０が配置され、上方Ｕ字型フレーム１２６を付勢して下方Ｕ字型フレーム１２８から離している。組み合わされた上方シールド／フック１３２と、１つ以上の下方フック１３４の各々とが、上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８の基部にそれぞれ取り付けられている。シールド／フック１３２とフック（１つ以上）１３４は、直流腐食を防止する任意の適切な材料から形成されていてよく、また、図２２に示すように、Ｕ字型棒アセンブリ１２０をパイルフォーム１４内にほぼ垂直包囲に設置した場合に、ストランド１２と係合できる任意の適切な形状であってよい。上方シールド／フック１３２は、コンクリート成型中、及びこれに続く振動による硬化／突き固めによって生じる損傷から計器／センサ配列を保護できるよう十分幅広であることが好ましい。
【００４２】
設置において、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０を複数のストランド１２どうしの間に挿入することができ、この場合、下方フック（１つ以上）１３４を下方ストランド１２に係合させている。次に、上方Ｕ字型フレームをばね１３０の力に対抗して下方に押下して、下方Ｕ字型フレーム１２８の脚部を上方Ｕ字型フレーム１２６の脚部内に入れ子式に受容させることで、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０を圧縮する。上方Ｕ字型フレーム１２６上の力が解放されると、上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８がばね１３０によって相互に離れるように付勢され、上方シールド／フック１３２のフック部分がパイル部分１４内の上方ストランド１２の下面に対して係合できるようになる。
【００４３】
再び図２１、図２２を参照すると、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０は、これに接続された搬送用そり１３６をさらに含んでいる。この搬送用そり１３６は、取り付けプラットホームを配置するために、上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８の脚部と接触する案内フランジ１３８を含むことが好ましい。搬送用そり１３６の上方部分は、図２２に示すように、電子機器モジュール１５９を保持及び保護するべくほぼＵ字型に屈曲した延長部１３７を含むことが好ましい。あるいは、この部分を別個の部品として、又は電子機器モジュールのハウジングの一部として設けることもできる。
【００４４】
センタリングばね１４０を提供し、これの第１の端部を上方Ｕ字型フレーム１２６と下方Ｕ字型フレーム１２８のそれぞれに接続することが好ましい。センタリングばね１４０の第２の端部を、搬送用そり１３６の上方及び下方側部上のブラケット１４１に接続し、さらに、ストランド１２上の設置位置におけるフック１３２から１３４までの距離に関係なく、搬送用そり１３６をほぼ中心位置に付勢する。ブラケット１４１は、計器／センサアセンブリがパイルのほぼ中心に位置するように離間される。これは、「ａ」を、センサ／計器アセンブリ取り付け位置の中心線から等間隔に配置することで行うことが好ましい。図２２に示すように、センタリングばね１４０からの力ベクトルは主要Ｙ力成分を有する。しかし、取り付け配列に基づけば、搬送用そり１３６をＵ字型フレーム部材１２６、１２８に対して保持するためのＸ力成分を提供する可能性もある。設置装置をストランドどうしの間へ延ばし、搬送用そり１３６の位置を測定及び調整させなくても、センタリングばね１４０が、設置時に搬送用そり１３６が繰り返し可能な中心位置にあることを確認する。センタリングばね１４０は、ばね１３０よりも低いばね定数を有する。垂下アセンブリが適所に到達すると、ワイヤ連結部、ホースクランプ、つまみねじ、又は類似した他の装置によって、搬送用そり１３６が中心位置にクランプ留め及び／又は保持される。これは、コンクリート、及び／又は後続の振動／安定が、搬送用そり１３６をばね均衡位置から移動させてしまうことを防止する。
【００４５】
あるいは、別のばね配列を利用するか、もしくはセンタリングばね１４０を省略して、ケーブル連結部、曲げワイヤ、又は上述したようなこれ以外の適切な固定具によって、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０に取り付けプラットホームを設置することもできる。
【００４６】
好ましくはケーブル連結部、ワイヤ連結部などによって、搬送用そり１３６に取り付け板１３９が接続されている。この取り付け板１３９は、好ましくは整列穴、タブ、又はこれと類似の別の方法によって、搬送用そり１３６上の適所に合わされている。加速度計アセンブリ１２２は、ケーブル連結部や他の適切なタイプのコネクタ、例えば機械固定具、エポキシ、又は任意の他の適切な手段によって、取り付け板１３９に取り付けられることが好ましい。あるいは、取り付け板１３９を省略して、これの取り付け特徴を搬送用そり１３６上に組み込むこともできる。
【００４７】
図２３、図２４は、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０’の第２の実施形態を示す。第２の実施形態１２０’は、ばね１３０が不要であり、取り付け板１３９を省略してこれの機能を搬送用そり１３６’と一体に組み込んでいる点を除いて、実施形態１２０と類似する。Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０’では、Ｕ字型フレーム１２６、１２８は、上述したのと同じ方法で共に滑動可能であり、離間することができる。しかし、下方Ｕ字型フレーム１２８の脚部には一連の穴が含まれ、これらの穴は上方Ｕ字型フレーム１２６の脚部の穴と整列し、ピン、ボルト、リベット、又は任意の他の適切な固定具のようなピン１３３で留めることができる。Ｕ字型フレーム１２６、１２８は、パイル１０を形成するための特定のストランド１２空間について調整される。次にピン１３３を設置する。底部フック１３４’は、ばね鋼又は他の適切な弾性材料で形成されている。設置中に、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０’がストランド１２と下方ばねフック１３４’の間に挿入され、下方ストランドと係合する。ばねフック１３４’が伸縮的にゆがむことで、上方フック１３２をフォーム１４の所望の上方ストランド１２の下に挿入できるようになり、この後、上方フック１３２を弾性的に付勢して上方ストランドと係合させる。ストランド自体もいくらかの弾性を提供し、弾けて離間することでＵ字型棒垂下アセンブリを設置できるようになる。下方Ｕ字型フレーム１２８の脚部の穴は、多数の周知のパイルサイズの従来の標準的なストランドにおける適切な場所に配置することもできる。計器とセンサを取り付けた搬送用そり１３６’を、ケーブル連結部、クランプ、リベット、又は任意の他の適切な固定具を使用して、Ｕ字型フレーム１２６、１２８の中心位置に接続できる。
【００４８】
加速度計アセンブリ１２２は、図２６に詳細に示すような、物理的な加速度計装置を収容する耐水空洞を保持したハウジング１４２を含んでいることが好ましい。ハウジング１４２は、物理的な加速度計装置が内部に収容される空洞１４８を画定する、頂部ハウジング部分１４４と底部ハウジング部分１４６とから形成されることが好ましい。上方ハウジング部分１４４に設けた円周溝内にＯリング１５０が配置される。空洞１４８内に物理的な加速度計装置を設置すると、頂部及び底部ハウジング部分１４４、１４６が好ましくは接着剤を使って組み立てられ、ハウジング部分１４４と１４６が共に固定される。加速度計ハウジング１４２用の頂部及び底部ハウジング１４４、１４６は、低コストなポリカーボネートのような重合体材料で作製されることが好ましい。図２２ないし図２５に示すように、ハウジング１４２の円周周囲には好ましくはチャネル１５２が形成されているため、チャネル１５２内に受容されたケーブル連結器を使用して、ハウジング１４２を、これと別個に設けた搬送用そり１３６’又は取り付け板１３９と物理的に整列させ、これに物理的に取り付けることができるようになる。
【００４９】
図２１に示すように、取り付け板１３９には好ましくは開口部１５４が配置されており、この内部に加速度計ハウジング１４２が固定されている。開口部１５４は、重ね合わせる／整列させるためのＶ字型の側壁を有しているため、Ｖ字型壁と重なり合ったハウジング１４２の周辺円周縁によって、加速度計ハウジング１４２が適所にしっかりと正確に保持される。加速度計を取り付けるべくケーブル連結部を延ばすために、取り付け板１３９にスロットを設けることが好ましい。この開口部１５４を設けることで、パイル作製に使用するコンクリートがハウジング１４２内の加速度計アセンブリ１２２の周囲で固まることができるようになり、これにより加速度計が正確なデータを収集できるようになる。あるいは、図２４に示すように、同一タイプの開口部１５４’を搬送用そり１３６’に直接設けて、加速度計アセンブリ１２２を同じ方法で取り付けられるようにしてもよい。
【００５０】
ひずみ計１２４も、プレアセンブリの別個の部品として提供する場合には、ケーブル連結部を使用して、搬送用そり１３６又は取り付け板１３９上に設置されることが好ましい。ひずみ計１２４が収集するデータを正確なものにするために、開口部１５６を、図２１に示すように、取り付け板１３９のひずみ計１２４の範囲に設けて、パイル作製に使用するコンクリートがひずみ計１２４の周囲で固まることができるようにすることが好ましい。図２３、図２４に示す実施形態では、これと類似の開口部１５６’も搬送用そり１３６’に直接設けられている。
【００５１】
図２２、図２４に示すように、ひずみ計１２４及び加速度計用の電子機器モジュール１５９も搬送用そり１３６、１３６’に取り付けられていることが好ましい。あるいは、これをパイルフォーム１４内の何処かに配置することもできる。
【００５２】
取り付け板１３９は、Ｌｅｘａｎ（商標）のような重合体材料、又は任意の他の適切な重合体材料で形成されることが好ましい。上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８は鋼鉄ロッド、管、他の構造から形成されることが好ましく、また、フック１３２、１３４も好ましくは鋼鉄のような適合性のある金属材料から形成され、溶接、リベット留め、又は任意の他の適切な手段によって、上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８に接続していることが好ましい。上述したように、フック１３４’はばね鋼又は適切な弾性材料から形成される。搬送用そり１３６、１３６’は、鋼鉄のような適合性のある金属材料から形成されることが好ましい。
【００５３】
Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’を使用することで、加速度計が形成されるパイルの核の長さと直交し、この核内に位置するべく、正確な整列と位置決めを維持する一方で、ひずみ計１２４は、形成されるパイルの核内で、これに平行に軸方向に延在し、ひずみ計１２４及び加速度計アセンブリ１２２のようなセンサのパイルストランド１２に対する迅速で簡単な設置を、一貫した繰り返し可能な方法で行うことができるようになる。Ｕ字型棒アセンブリ１２０、１２０’は、搬送用そり１３６上に、計器／センサアセンブリを、パイルフォーム１４内に精密に配置したストランド１２と、ストランドの位置に基づいて正確かつ機械的に重ね合わせるように設計されているため、計器／センサアセンブリの精密かつ繰り返し可能な配置、好ましくはパイルの核の中心を、確実に得ることができる。
【００５４】
図２７は、パイル１０内のセンサ１６の位置決めと、アンテナ／無線アセンブリ６０及びアンテナアセンブリ６２の位置決めを示す。パイル１０内でデータ伝送を行うために、先端センサ１６とハウジング６１の間にシングルケーブル１７０が延びている。センサ１６は、好ましくはＵ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’を使用して、又は、センサ１６をストランド１２どうしの間の適所に保持する任意の他の適切なシステムを使用して配置される。対向した両側にアンテナを配置することで、アンテナの方位に関係なく、パイルから常にＲＦ信号を受信できるようになる。
【００５５】
図２８は、パイル１０のセンサ及び信号送信システムの別の好ましい配列を示す。これの先端付近には、加速度計アセンブリ１２２とひずみ計１２４を含むことが好ましい、先端センサパッケージ１６ｂが配置されている。少なくとも１つのアンテナ１８がパイル頂部付近に配置され、また、さらなるセンサパッケージ１６ａもやはりパイル頂部又はこれの付近に配置されていることが好ましい。さらに、頂部及び先端センサパッケージ１６ａ、１６ｂのためのパイルサイズに基づいた好ましい配置場所を示している。先端センサパッケージ１６ｂは、パイルライフサイクル履歴データ、計器キャリブレーションデータ、他のパイルドライブ関連のデータを記憶する不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）を含むことが好ましい。これは電子機器モジュール１５９に内蔵するか、又は別個に設けることができる。
【００５６】
センサパッケージ１６ａ、１６ｂは、パイル核内に配置されるべき加速度計アセンブリ１２２とひずみ計１２４を保持した、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’のうち一方と、調整電子機器１５９とを含んでいることが好ましい。Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’は、センサパッケージ１６ａ、１６ｂの迅速で簡単な取り付けを提供しながら、組み立てに要する時間とコストを低減する。
【００５７】
図２８に示す好ましい実施形態では、好ましくはプラスチック材料から形成される管２３０が、先端センサパッケージ１６ｂとアンテナ／無線アセンブリ６０の電子機器モジュールのハウジング６１との間に延びている。図２９に示すように、先端センサパッケージ１６ｂと電子機器モジュールのハウジング６１の間に延びているケーブル又はワイヤ２３１は、管２３０を通って走行している。
【００５８】
図３０は、この配列からパイル１０を除いた状態の略図である。ワイヤ又はケーブル２３１の余剰分を収容するための拡大範囲又は容器２３３が、先端センサパッケージ１６ｂ又はこの付近に配置されている。この拡大範囲又は容器２３３は、管２３０の端部のバルブの形状で、センサパッケージ１６ｂに向かって延びているワイヤ又はケーブル２３１に密封されていてもよい。これにより、設置後にパイル１０の先端を切断すると、余剰分のワイヤ又はケーブル２３１をチャンバ２３３から上方へ引き出し、つなぐことができるようになるため、任意の他のセンサ、及び／又は先端センサパッケージ１６ｂに配置されたＮＶＲＡＭを含む加速度計及びひずみ計１２２、１２４を、ネットワーク化された監視ノードに接続して監視を続けることができる。以下でこれについて詳細に説明している。これに加え、先端センサパッケージ１６ｂ内にセンサ用の調整電子機器１５９と共に配置したメモリに記憶されたデータ全てにアクセスすることもできる。
【００５９】
図２８、図２９に示すように、管２３０を、パイル１０の下流にて、ケーブル連結部又は別の適切なコネクタを使用してストランド１２に緩く連結することで、管２３０が適所に配置されるが挟締されないため、ケーブル又はワイヤ２３１が管２３０で滑動できるようになることが好ましい。
【００６０】
図３１は、ケーブル１７０又は２３１の形状をした共通データバックボーンを示すパイル１０の略図を示している。本発明の一実施形態の好ましいシステムの全体像によれば、積層した（又はつないだ）垂直コンクリートパイルの先端及び頂部に、光ファイバ、ＲＦ、磁気又はハード接続を介した無線結合配列が配置されており、これをトランシーバモジュール２６０として示している。これは、各パイルの先端に組み込んだ受信機モジュール、頂部に組み込んだ送信機モジュール、及びパイルの先端から頂部へデータをパススルーモードで移動するためのハードワイヤリンク又はバックボーンを介した共通接続として提供できる。あるいは、トランシーバ２６０は、特定の用途に応じて、双方向データを提供することができる。
【００６１】
この配列を使用すれば、データをグレードパイルの下（ｂｅｌｏｗ ｇｒａｄｅ ｐｉｌｅ）から監視したり、この配列の頂部で駆動されているパイルにかけてデータをつなぐために、データの中継及び送信を行えるようになる。これにより、やはりハード接続したバックボーンに共通接続しているパイルに組み込まれた様々な感知モジュールから、情報（データ）を収集できるようになる。送信されたデータがどちらの方向に向けられているかを見分ける方法が、例えばネットワーク化されたノードの方法で提供される。
【００６２】
これに加え、本発明によれば、同じインターフェースの特別版を使用することで、構造どうしの間で電力を結合することができる。これにより、内部電源が失敗した場合にこれを自動オーバライドして、十分な動作電流を提供できるようになる。（場合によっては非常に離れている）動作場所のために、全ての構造に電力供給する電源には、ソーラーパネルを使用して得た太陽エネルギーも含まれる。
【００６３】
任意で、補助のバックアップ接続ポートを提供して、内蔵電源が失敗した場合に電池のような補助電源に接続できるようにしてもよい。内部データロガー、信号調整装置、送信機が失敗した場合に、加速度計、ひずみ計、温度センサ、及び任意の他のセンサからデータを直接読み出すための外部プラグ又は接続を、コンクリート構造内に組み込んだハード接続されたバックボーンを介して提供すれば、部分的なシステム欠陥が生じた場合にも、コンクリート構造内のセンサ及び計器からデータを収集することができる。
【００６４】
無線インターフェース電子機器を含む中央センサデータ多重化及び制御部が、ハウジング６１内、又は好ましくはパイル表面に進入部カバーを有するパイルの中に配置された別のハウジング内に提供されることが好ましい。
【００６５】
送信機の無線アドレス又はＭＡＣ（媒体アクセス制御）アドレスに関連していることが好ましいパイルＩ．Ｄ．が、製造日付、キャリブレーションの日付、センサの詳細、センサ構成、利得、オフセット、計器要因、感度、ロット番号、シリアル番号、販売者などと共に、データ証明システムＱＣによってメモリに記憶される。この初期情報は、好ましくは先端計器調整電子機器と共に配置された不揮発性メモリに記憶され、成型ヤードにおけるパイル製造中に、例えば成型ヤード、検査官氏名／番号、成型日、成型におけるパイルの場所、コンクリートモジュール、コンクリートの明確な重量、杭長さ、杭径又は他の外形、温度プロフィール（以降で詳細に説明する）、及び／又はひずみプレロードのようなパイル成型プロセスに関する情報が追加されて、さらに増大する。こうして記憶されたこれらの情報は後に使用される。あらゆる成型データ、又はこれ以外のパイル形成に関する履歴も、後の駆動プロセスを補助できるように記録される。パイル成型実施の前後に、パイル製造監督がこのメモリにアクセスして、無線のテスト及び／又はチェックを行うことで、パイルの出荷及び／又は駆動前に、ＱＣと任意の必要な修正とを実施できることが好ましい。さらに、パイルの駆動中に成型ヤード検査官が臨界検査パラメータを入力することで、このパラメータにアクセスし、これを使用できるようにしてもよい。
【００６６】
メモリ内の全てのデータには、アンテナアセンブリ６０、６２の一方、あるいは上述したパイル上に配置された別型のアンテナアセンブリを使用するパイルからの無線周波数送信によってアクセスできる。
【００６７】
一旦設置場所に設置されると、必要に応じて、メモリ内の、駆動時におけるパイルのＧＰＳの場所に関連した情報をログ（記録）することも可能になる。これを既にわかっている土の性質マップとリンク付けすると、（被駆動パイルが土中の探針の役割を果たすことにより）土の性質を確認及び／又は決定するため、及び／又は駆動プロセスを変更するために、駆動データを使用できるようになる。
【００６８】
駆動プロセス全般にわたるパイルの駆動中にダイナミックな監視を実施するために、パイルの駆動中にひずみ計（１つ以上）１２４と加速度計１２２が収集したひずみ及び力データが、アンテナアセンブリ６０、６２の一方によってＲＦ送信される。これにより、従来のように駆動中に相対ひずみの外部監視を行う方法に対抗して、駆動中に臨床絶対内部ひずみ情報が提供されるようになる。詳細には、本発明により、実絶対ひずみを監視し、情報を使用できるようになることで、駆動力がパイル内に望ましくない引張状況を生み出すレベルを超えることがなくなる。この絶対圧縮及び引張応力情報は、ハンマー又はクレーンの操作者にリアルタイムのフィードバックを提供するために使用されて、ハンマーエネルギーの選択的な制御と、駆動プロセスの最適化が可能になることが好ましい。この情報はさらに、絶対許容可能ひずみ読み出し及びレンジを報告し、これのフィードバックを提供することで、オーバドライブ及び後続のパイル失敗の防止を行う際にも使用される。
【００６９】
メモリには、検査官、駆動日付、あれば再打撃日付、さらに最大応力を記憶できる。この後、各パイルがこのデータを使用及び追跡できるようになり、さらに、データの受信及び記憶、データの送信を実行できるアクティブ読み出し／書き込み可能なＲＦＩ．Ｄ．タグと類似の方法で、一意の時間スタンプを付けてメモリ内で追跡できるようになる。これに加え、駆動検査官、土木工学検査官、パイル駆動クレーン操作者も、駆動中にセンサユニット電子機器メモリ内のデータにアクセスして、パイルとこれの履歴に関する情報のチェック又は確認を行うことができる。このパイリング履歴データは全て実際の駆動データのヘッダとしてリンク付けられ、駆動データと共にパイリングデータベース内へ送信されて、後のライフサイクル及び／又は長期にわたる監視、ＱＡ／ＱＣトレーサビリティ及びアカウンタビリティに使用される。さらにこのデータは、欠陥や失敗を予測する将来の分析及び比較にも使用できる。
【００７０】
したがって、パイルのライフサイクル全体が不揮発性メモリに捕獲され、アンテナアセンブリ６０、６２の少なくとも一方を使用したＲＦ送信によってアクセスされる。さらに、アンテナに失敗が生じた場合には、必要であればパイル１０の表面からハウジングカバー６４内に進入して、手動での電気接続、及び／又はセンサユニット電子機器の駆動に使用されている電池や電子機器モジュールの交換を行うこともできる。
【００７１】
このメモリは、不揮発性ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又は他の書き込み可能な光／磁気媒体であることが好ましく、また、制御装置によるアクセス及び制御が可能であることが好ましい。また、このメモリは、周知のＲＦ Ｉ．Ｄ．モジュールに関連して使用される拡張メモリモジュールであってもよい。センサユニット電子機器は、センサに関するデータや、成型中のパイルに関する情報を捕獲できる不揮発性メモリを含んでいることが好ましい。これは、パイルのライフサイクル追跡とこれに関連するデータに関連して利用される。
【００７２】
本発明によれば、コンクリート構造内のコンクリート強度を調べ、温度又は硬化プロフィールの準備を確認できる。いくつかの標準規格品はこのプロセスを説明している（ＡＳＴＭ Ｃ １０７４）。パイルの核内と、外面とに温度センサを提供すれば、温度硬化プロフィールもセンサユニット電子機器メモリ内に保存することができる。熱硬化温度の流動線は、パイルの核から外方へ放射線状にのみ変化して、パイルの全長にかけて同一点にほぼ一定に維持されると仮定した場合、核及び表面温度センサを使用してこのデータが正確に追跡されて、パイル内の別の温度勾配が決定された結果、コンクリートがいつ使用可能な強度に達するかが決定される。
【００７３】
ソフトウェアを使用することで、センサ電子機器及びデータロガーから情報を収集し、さらにこの情報が、成型監督、ヤード検査官、駆動検査官、クレーン操作者等のように様々に確立された役割に基づいてユーザに表示される。このシステムは、１つの役割が他の役割をサポートすることで構成できることが好ましい。例えば、土木工学検査官はこのシステムを、特定の動作範囲（ひずみ、力、容量など）を超えた場合にパイル駆動検査官にフラグ警告を行うように構成することができる。これは、特定の駆動基準が満たされた、又はエラーにフラグが立てられたことを確認する上で、クレーン操作者や他の使用者にも適用される。このシステムは、基準閾値に基づいて打撃を追跡、カウント、送信することもできる。
【００７４】
これに加え、計器をパイル１０の頂部と先端の両方に既知の距離を置いて配置することで、電波速度の異常を検出し、これを、関連するデータの署名を使用して、事前定義された特定の問題条件と比較することができる。この問題条件には、例えば過剰なひずみ、パイルに入ったひびのような材料の断絶により生じた電波反射が含まれる。このような異常が検出されたり、潜在的な異常データの整合が生じた場合には、操作者にこれが知らされる。
【００７５】
好ましい一実施形態では、加速度計は、複数の圧電性加速度計に共通して見付かったゼロシフト効果を無効にするために、交流結合又は直流付勢サーボ制御されている。本発明の圧電性（ＰＥ）加速度計の適用では、以下の用途特有の位置条件が知られている。
パイルは常にゼロと等しい速度から開始する。
測定中のイベントは２００ｍ秒未満の合計サイクル時間を有する 。
【００７６】
パイルは常にゼロと等しい速度へ戻る 。
【００７７】
測定中のイベントの前後における速度はゼロと等しく、また、測定中のイベントは所定及び周知の時間間隔で発生するため、交流結合を使用すること、又は、データ捕獲以前に、調整された加速度計信号にサーボ制御フィードバックを使用する固定の直流付勢制御を使用することが、ＰＥ加速度計に一般的なゼロシフト効果（又はエラー）に効果を発揮する。これにより加速度計データのよりよい品質が得られる。
【００７８】
本発明を用いれば、パイルの履歴全体と駆動データを監視し、捕獲することができる。本発明は、駆動中に捕獲された加速度計のデータとひずみ計のデータを特に参照しているが、これは単に好ましいデータのタイプでしかなく、これ以外のタイプのセンサを使用して別タイプのデータを捕獲及び提供することもできる。これには、例えば駆動中の温度を捕獲する先端温度センサ、パイルの温度勾配を追跡するために使用される先端及び頂部温度センサが含まれる。さらにこれ以外のセンサの使用も可能である。
【００７９】
センサユニット電子機器及びメモリに加えて、好ましい長寿命の電池を使用しているが、別の電源、例えば振動誘発電荷、太陽熱などの手段を提供することも可能である。さらに、外部電源の取り付け、内蔵電源の交換を行うための進入部を提供することもできる。
【００８０】
本発明によれば、ハウジングカバー６４を取り除くことにより、無線インターフェース電子機器を含む中央センサデータ多重化及び制御を回復することもできる。しかし、センサ計器はシステム内に組み込まれたままであり、回復不能なままである。これにより、システムの一部を回復して再利用する手段を提供することで、システムのコストをさらに低減できる。
【００８１】
次に図３２を参照すると、本発明によれば、パイル１０の頂部が切断されていない場合、パイル１０は、アンテナ／無線アセンブリ６０の電子機器モジュールのハウジング６１から無線モジュールを取り除くことで長期監視されるように再構成される。交換部品であり、外部給電される、ネットワーク化された監視ノード３１４’がハウジング６１内に設置され、任意の利用可能な先端／頂部計器ケーブル又はワイヤ２３１に接続される。
【００８２】
次に図３３を参照すると、駆動後に、用途の必要性に基づいてパイルの頂部を取り除き切断展開させたパイル１０を示している。パイル１０のライフサイクル全体にわたるさらなる監視、及びこれに続く構造又は基礎の形成を提供するため、又は、先端センサパッケージ１６ｂと共に配置されたメモリ内の情報へのアクセスを可能にするために、パイル頂部を切断した後に容器２３３からワイヤ又はケーブル２３１を上方へ引き出して、これをネットワーク化された監視ノード３１４に接続しているコネクタ又はケーブルとつなぎ、これをキャップ構造内に組み込むか、あるいはパイル１０の付近に配置することができる。これは現場の技術者によって実施される。したがって、パイル１０が駆動され、頂部が切断されている場合には、頂部計器１６ａ以下のどの部分においても、管２３０の断面は図３３に示すようにケーブル２３１が露出した状態となる。
【００８３】
次に図３４Ａないし３４Ｂ、並びに図３５を参照すると、本発明によるパイル製造のライフサイクル監視を提供している。これは、それぞれのパイルアンテナ／無線アセンブリ６０をネットワーク化された監視ノード機能で改良することによって行う。これにより、選択センサイネーブルパイル１０及び他のセンサのパワードローカルエリアネットワークを確立する方法が提供される。改良されたノード又はデータポートは、図３５に示すように、コンクリートキャップ３５０を成型する以前に電子機器モジュールのハウジング６１内に配置しておくことができ、また、移送／建物の基礎及び上層構造を作製するパイル及びコンクリート構造内で、接続されているパイルノード全てを自己構成する機構を含むことができる。ノード又はデータポートは、典型的なネットワークプロトコルを使ってインターフェースされていることが好ましい。これに加えて、システムが、監視されている全ての計器／センサに対して配電を行う。あるいは、配電及びネットワーキング機能を組み合わせてもよい。
【００８４】
本発明によれば、給電のためにネットワーク配線され、データ転送のために有線接続している、電子機器モジュールのハウジング６１内に設置された既存のパイルデータポートが建築作業員によって交換又は増設される。このネットワークに追加されたノードは好ましくは自己構成型であり、ピアツーピア又はマスタ／ホスト構成にて報告を行う。ネットワーク及び／又は配線は、接続されたパイルの少なくとも１サブセットを使用可能及び／又はアクセス可能にするための冗長性とアドレサビリティを提供する。
【００８５】
図３５に示すように、基礎を作製するこれら新規のネットワーク化されたパイル１０は、ＧＰＲＳ、有線ブロードバンド、ＰｏｗｅｒＬｉｎｅネットワーキング等のような、より大型のネットワーク又は遠隔測定アップリンク３１２に接続することができる。
【００８６】
各パイル１０に関する履歴寿命情報（ダイナミックな設置の詳細／結果を含む）がパイル１０から論理的に転送されることで、先端センサパッケージ１６ｂが長期監視を提供できるようになっている。
【００８７】
パイル１０を長期監視する目的でドライブからアップロードされた全ての遠隔測定情報が遠隔中央レポジトリにて維持され、再考、監視、報告に使用される。
【００８８】
このシステムはまた、所与の無線の一意のアドレス指定情報を保持する手段を提供する。これは、上記情報をセンサアドレスＩＤに論理的にリンク付けするか、あるいは交換用ネットワーク化された監視ノード３１４のバックボーンＩＤと交換された無線ＩＤを同期又はマッピングする別の手段によって行うことが好ましい。
【００８９】
パイル１０用の低電力差分信号を使用することで、ネットワーク化された監視ノード３１４の接続性への電流パイルセンサ（１つ以上）１２２、１２４が達成される。デジタル信号構造は、無線及び材料の干渉への高い耐性を有しながら、干渉の機会を全て排除し、無線／監視モジュールをトランスデューサ転送機能から断絶する能力により優れている。本発明によれば、デジタルバス構造はシステム内で使用される全てのセンサに用いられる。この構成では、
−センサの詳細及びキャリブレーション情報が先端センサの調整電子機器に保持され、デジタルバスは、センサキャリブレーション、センサデータ、全てのＮＶＲＡＭコンテンツを通信する手段を提供し、
−複数の計器と様々な一意識別された計器タイプが、１つの物理的に配線されたバックボーンを共用できるようにする共用バスを使用し、
−高速かつ電力効率的なバスプロトコルを使用して、各計器からのデータ量を指示し、
−高性能なプラグアンドプレイシステムを使用することで、複数の計器構成を使用し、設置された計器に基づいて自動識別及び自己構成を実行できるようにし、
−無線／監視モジュール６０を取り外す必要がある場合には、交換用のネットワーク化された監視モジュール３１４により繰り返し使用される先端センサ１６ｂ電子機器を設けた電子機器（例えばＮＶＲＡＭ）によって、計器とパイル１０の寿命履歴との構成／キャリブレーションが維持又は反映される。
【００９０】
本発明は、最終的なパイル構成に関係なく、先端計器データと、調整電子機器ＮＶＲＡＭに記憶されたデータとによって長期監視機能を提供するものである。ネットワーク化された監視ノード３１４がキャップ３５０内に封入されていることに加え、ひずみ計及び別のセンサをキャップ３５０内に配置し、さらに、キャップ計器及びセンサのネットワークノードに接続することも可能である。この接続をゲートウェイ３１２で行えば、キャップデータを捕獲して、パイルデータと共に送信できるようになる。例えば、図３５に示すキャップ３５０に配置したピア又は路床のような、より多くの構造を監視するためのさらなる監視機能を提供することもできる。これら追加的な監視機能は、自己適合型のネットワーク機能を設けたノードを提供することによって達成できる。したがって、以降で詳細に説明する基本パイル監視システム上に構築した積層可能なネットワークトポロジーを使用することで、所与の構造内の全ての要素を監視することが可能になる。これにより、パイルセンサがキャップ内の他のセンサと配線され、次にこれがピア内の別のセンサと配線され、次に路床内の別のセンサと配線されて、最終的に部分的又は完全に統合された構造（記述した構成要素及び／又は他の構造構成要素のうち１つ以上を含む）に遠隔測定アップリンクを介してデータを提供する、システム又は構造が提供される。
【００９１】
次に図３６を参照すると、本発明によるパイルのパイル貫通度と、最終的には耐負荷能力とを決定できる向上した手段が提供されている。コンクリートパイルのパイル貫通度（及び最終的な能力）決定する電流手段には、パイルの一側部に手動でマーキングを行う工程と、ハンマーによるパイル打撃のカウントと（サクシメータ（ｓａｘｉｍｅｔｅｒ）を使用してカウントする）、及び上昇基準マーカを通過して移動するマークの動作／貫通の記録を担当する検査官とが関与する。この工程では、駆動行程全体を通して労力と作業員が必要である。本発明は、ハンマーによる打撃を、パイル１０内で設定閾値を超えた計器１２２、１２４の励起によって内部で、又は受信した信号から自動的かつ正確にカウントし、これを、パイルワークステーション（ＳＰＷ）３２０のような追跡／監視装置によって解釈し、次にこれを、以降で説明する高さを感知するパイル貫通システムとインターフェースさせ、打撃カウントを追跡し（内部的又は外部的）、変位毎の打撃数を計算し、パイル駆動中に収集したダイナミックデータと同期させ、また、検査官に駆動を制御させるために情報をリアルタイムで通信し、パイル負荷能力データをリアルタイムで提供する。上記のパイルワークステーション（ＳＰＷ）３２０は中心に設置されたシステム制御装置であり、パイル１０内のセンサ及び計器からリアルタイムの駆動データを収集するものである。
【００９２】
本発明によるパイル１０の変位の追跡は、数種ある方法のうちの１つによって実施できる。
【００９３】
第１の方法は、レーザレーダ（ｌａｓｅｒ ｌｉｄａｒ）「飛行時間」と三角測量概念を利用してＳＰＷ３２０を結合する。この構成では、レーザレーダシステム３２２は、直角三角形Ａの隣接した側部を決定するために、直立したパイル１０に関連した基準高さに投射する第１の投射レベルにある。次に、直角三角形の関連する斜辺Ｃを決定するために、このレーダシステム３２２を、直立パイルの表面にかけて上方へ旋回させて、パイル１０の頂部付近にある基準点３２４に到達させる。パイル１０の基準高さ以上の垂直高さは、基準高さから、頂部から既知の距離Ｘだけ下がった場所にある基準点３２４までの距離Ｂに基づく。パイル１０の全体長さＬと、ダイナミックに算出した距離Ｂ及び距離Ｘがわかったため、基準高さの下のパイル貫通度Ｐも簡単に計算することができる。高さの変化は、Ｃの変化に基づいて容易に求めることができる。
【００９４】
パイル１０の頂部における基準マーカ３２４は、直立パイルの場合における自動垂直追跡と、（モータ駆動式サーボ制御システムによる）レーダヘッド（ｌｉｄａｒ ｈｅａｄ）の旋回による自己整列調整とを促進するために作製されている。逆反射光線又は鏡を取り付けた物体を使用できる。
【００９５】
レーダシステム３２２は、基準マーカ３２４にロックすることで、パイルの駆動に従った基準マーカターゲットの下方移動を連続的に補正する。このシステムは、リアルタイムで計算したパイル高さＢの生データ、又は計算したパイル貫通度Ｐデータを、追跡監視装置ＳＰＷ３２０にダイナミックに提供する。これが、内部計器システムによって導出した打撃カウントと共に使用されて、１フィート毎の打撃数を計算／記録／追跡することで、完全に自動化された追跡が提供される。
【００９６】
あるいは、基準高さにて直立パイル（長さ）表面と直交する距離を入手した後に、レーダをパイル１０の頂部にある共通点に投射すると、基準マーカがハンマー又はキャップ上に位置する可能性がある。総パイル長さＬから、基準高さを超えて測定されたパイル高さ（三角測量で求めたもの）を減算することで、パイル貫通度が連続的に求められる。好ましくは走査システムの垂直再配置（垂直に延びたパイルの場合）を使用して、連続的に減少する高さを明らかにする。本システムでは、パイルを頂部から底部へスイープさせて、直立パイルの角度を求め、基準高さにおいてパイルと直交しない点へ投射を行い、この後、既知の三角法技術を用いて必要なデータを求めることもできる。これをＳＰＷ３２０と結合させれば、検査官がパイル駆動データを物理的に収集する必要性を省くことができる。ＳＰＷ３２０は、打撃数をカウント及び追跡し、このデータをパイル貫通度データに対して同期させて、算出したパイル貫通度Ｐに基づき変位毎の打撃数を計算する。
【００９７】
あるいは、赤外線（ＩＲ）ベースのセンサ飛行時間カメラを使用して、ハンマー又はパイル上の所定点の重心を検出及び参照することができる。これには、熱像を使用したパイルクッションを例に挙げることができる。これに加え、３次元画像感知とパターン認識を使用したカメラシステムを旋回させてターゲット識別装置として使用し、上述のレーダヘッドの代わりとすることもできる。
【００９８】
図３７に示すように、被駆動パイルの貫通深度を求める第２の方法は、気圧高度計を使用する。２つの気圧高度計３４０、３４２が、気圧と高度の２つの測定値を提供する。一般的に、高度を測定する場合、気圧高度計がキャリブレーション後の短い時間にわたって使用され、さらに、気候パターンの変化によって生じた気圧変化をなくすために、定期的に再キャリブレーションを行う。いくつかのシステムでは、違いは気圧であると知った上で、ＧＰＳ衛星から高度情報を取得することでこれを行う。本発明によれば、パイル１０又はハンマーあるいはキャップ（スタンドアロン通信状態）にデジタル式気圧高度計３４０を取り付け、好ましくは電子モジュールのハウジング６１に取り外し可能に取り付け、さらに、無線のデジタルチャネルのうち１つにインターフェースさせている。次に、パイル又はハンマーに取り付けた高度計３４０から送信されたデータを、これよりも低い、例えば前出のパイル深度マーカーストリングのような固定基準高さ（又はこれ以外の既知の高さ）に取り付けた別の気圧高度計３４２からのものと差動比較することで、高さＢを決定する。高度３４０、３４２の出力を測定することで、方程式から共通モード又は絶対気圧を差動効果的に除去し、駆動行程中における純粋な差動局所高度又は相対気圧の読み出しが提供される。上述のものと類似の方法で両方の高度計３４０、３４２から信号を受信する監視装置３４４が生データを収集するのが好ましい。高さが高度計によって供給されるか、又はＳＰＷ３２０内で計算される。好ましくは、高度計３４０、３４２は、公差エラーをなくすために使用される前に、同じ高さで相互に対してキャリブレートされる。高度計３４０、３４２から行う通信は、場所によって、無線又は有線接続を用いた監視装置３４４への通信、及び／又は、パイルに取り付けた高度計３４０用の無線／アンテナアセンブリ６０を用いた、及び基準高さ高度計３４２からの別の有線又は無線接続を用いた、ＳＰＷ３２０との直接通信であってよい。作業現場では、底部高度計３４２が基準高さに維持される限りこれをパイル１０から離して配置することができる。
【００９９】
これらのアプローチでは、パイルが重力と共線的に駆動されると仮定しているが、角度付けされたパイルの場合には、傾斜計と三角測量を使用して修正及び調整を加えることができる。高い横方向への負荷を受けるパイルの場合、最大４５°の角度で駆動することが一般的である（斜杭）。この場合は、傾斜計を使用して補正角度を求め、周知の三角法を使用して貫通深度を計算する。
【０１００】
本発明の好ましい実施形態を詳細に説明してきたが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、単純に例証として考慮されるべきである。さらに、本発明の修正及び拡張の展開も可能であり、このような修正は全て添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲内に包括されると考えられる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…パイル、１２…ストランド、１４…パイルフォーム、１６…複数のセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートのパイル及び構造を長期監視するための監視システム、さらに、このようなシステムを、内部に計器とセンサがプレキャストされたパイル及び構造に設置及び接続する手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のところ、パイルやスパンのようなコンクリート構造の設置に関連した状況、又はこれによって発生した状況を決定するために、このような構造から情報を通信する効果的な方法は存在しない。また現在のところ、手作業でひずみ計／加速度計監視装置を装着して、設置中にパイル内の力と速度を監視するには大変な労力がかかるため、監視対象となるパイルのようなコンクリート構造では、耐負荷及び他の応力／ひずみ関連のデータを実際に監視できるのは約１０個のうち１個である。一般に、パイルは、構造に巻き付くチョーカケーブルによって位置決めされた後にクレーンで上昇されるため、位置決めの最中にチョーカケーブルによって損傷又は切断されてしまう危険を避けるため、パイルの外側には何も配置することができない。現時点では、駆動のためにパイルを位置決めした後に、所望の位置まで登り、必要な計器とセンサをを直立しているパイルに手作業で装着している。これは労働集約型で、時間とコストがかかる上に、設置者に危険を強いる方法である。これ自体では限られた監視しか一般に実施できないため、より高い設計安全性要因が必要となる。駆動時に無線監視を実行する手段は、テスト工程に関連するコストを低減し、時間を短縮する上で非常に価値があるため、この手段を使用すればより多くのテストの実施が可能となる。しかしこれには、パイルからのセンサデータの無線送信を含む数多くの技術的な障害が伴う。
【０００３】
ＲＦアンテナをコンクリートに設置したり、コンクリート内に組み込む上での基本的な問題は、コンクリートの年数と共に変化する多量の誘電成分によって、ＲＦアンテナの性能が著しく低下してしまうことである。これは、非常に困難で大変な使用環境を呈する。空気の誘電定数が１．０、水が８０である場合に、コンクリートの誘電定数は２０（新鮮）〜６（水の内容量に従って数ヶ月後に完全に硬化）の間で変化する。この出願におけるコンクリート構造では、成型後約２８日間、又はこれよりも短い期間使用した後に、誘電定数が約９．０になることがわかった。
【０００４】
ＲＦアンテナの付近に配置されたコンクリートの比較的高い誘電性によって、（現時点ではデチューンされている）アンテナから出射されたエネルギーのほとんどがアンテナから引き出されてコンクリート内に注入される。自由空気と結合した残りのＲＦエネルギーの全ては、ひずんだ、及び／又は不規則なパターンによって激しく減衰する。これは、典型的なアンテナ設計は自由空気環境で動作するように作製されているためである。
【０００５】
これに加え、パイルのような構造要素の設置後にはデータの収集が停止する。このデータは分析され、長期間にわたって構造要素を劣化させ構造的な欠陥を招く原因である周期的な負荷及び厳しい環境への露出を考慮した、構造要素の長期安定性と構造適性を監視するために使用されるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなコンクリート構造を、これの使用寿命にかけて監視するためのより効率的で費用効果的な方法及びシステムを提供することが望ましい。成型中及び製造工程中に容易に設置でき、また、構造全体の安全性と信頼性の面で妥協することなく、より効果的な設計を利用できるようにするべく所与の用途における全てのコンクリート構造、特に建物、橋、路床用の特定のパイルを監視できるようにするために、上記のような費用効果的な方法で監視を行うことが可能なシステムを提供することがさらに好ましい。これに加え、設置後に頂部を切断したパイルの場合のような、全天候型のコンクリート構造要素全てを含むコンクリート構造のライフサイクル監視を行うシステムを提供することが望ましい。また、組み込まれた計器を、構造の最終状態に関係なく監視する手段を提供することも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、パイルのようなコンクリート構造の製造、設置、及び／又はライフサイクルに関するデータを追跡及び監視するシステムと、これに関連した、このようなデータの追跡、記憶、アクセスを行うシステム構成要素及び方法とを提供する。
【０００８】
本発明の１つの態様では、製造及び移送中に構造の表面から突出することのない、反射装置を装備した永久的で組み込み式のアンテナが提供される。このアンテナは、コンクリート構造の側壁と同一平面をなすように挿入され、外面から構造内へ限られた長さだけ延びるため、構造の完全性を危険に晒すことがない。これに加え、このアンテナは構造の内部鋼鉄骨組みから離間しているため、湿気の浸入と、関連する構造完全性の損失を防止する。
【０００９】
アンテナの取り付け／設計は、多数回に及ぶ最大約＋／−１０００Ｇの重力がかかるハンマー打撃によって特徴付けられる、高い衝撃が繰り返される使用環境に耐えられなくてはならない。これは例えば、補強コンクリートパイルの駆動中に見られる。
【００１０】
さらに、アンテナは、湿気への露出を含む野外での動作環境に晒されるが、湿気はアンテナの性能を低下させたり不能にするため、湿気を保持又は維持することはできない。
【００１１】
本発明のアンテナは、構造内に永久的に組み込まれ、使い捨て可能で低コストである。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、製造中にコンクリート構造の表面よりも下に組み込まれるアンテナ配列が提供される。このアンテナ配列は、アンテナを、第１の収容位置から、コンクリート表面から突出する第２の延長位置へ移動させるアクチュエータを含む。アクチュエータは手動で操作されるか、又は、例えばパイル駆動ハンマーの第１の打撃（１つ以上）のような、コンクリート構造を通って伝播する特定の負荷あるいは指向性衝撃波によって、もしくは制御命令や他の電気信号によって、始動される。
【００１３】
本発明はまた、センサ及び計器を、成型前のパイルフォーム内に、Ｕ字型垂下アセンブリを使用して、簡単及び繰り返し可能な方式で経済的かつ迅速に設置する方法を提供する。Ｕ字型垂下アセンブリはセンサ／計器パッケージを垂直に配置することで、成型におけるセンサ／電子機器の損傷の可能性を低減し、好ましくは、成型前にセンサ／計器パッケージをパイルフォーム内に自動的に中心決めすることで、精密なセンサ読み出しを確保する。
【００１４】
本発明はまた、パイル設置全体にわたるパイル情報の追跡を可能にする履歴追跡及び記録メモリを提供し、これは、設置中にリアルタイムのフィードバックを作業者に提供するためにも使用される。
【００１５】
本発明はまた、別のコンクリート構造要素に加え、パイルのライフサイクル監視の方法も提供する。この方法では、パイルフォーム内のストランドどうしの間に１つ以上のセンサ／計器パッケージを挿入することで、センサをパイルの核範囲内に位置決めする。このセンサ／計器パッケージは、例えば、ひずみ計、加速度計、間隙圧、温度及び／又は湿度センサなどであってよい。次に、パイルを成型してセンサを封入する。無線／アンテナアセンブリは、少なくともアンテナがパイルの頂部付近から露出した状態で、フォーム内に位置決めされた後、パイル内でプレキャストされることが好ましい。パイルを建築現場で駆動させ、この駆動中にセンサ／計器パッケージ（１つ以上）からデータをリアルタイムに取得する。このデータは、駆動データのリアルタイムの検査及び分析を可能にする制御／監視システムに送信される。駆動後に、パイルを、既存のセンサ／計器パッケージ（１つ以上）に接続／インターフェースされたネットワーク化された監視ノードに取り替える。所与のパイルの一意アドレス指定情報を、好ましくはセンサパッケージアドレスＩＤに論理的にリンクさせることで保持する。次に、これらのノード（及び、全体構造内の別のセンサからの潜在的なノード）を外部ゲートウェイに接続／ネットワーク化させると、全体構造の一部又は全てをライフサイクル監視することが可能になる。
【００１６】
前述の概要と、以下に述べる本発明の好ましい実施形態の詳細な説明は、添付の図面と共に読解することで理解が増す。本発明を例証する目的で、現在好ましい実施形態を図面に示している。しかし、本発明は提示されたとおりの配列に限定されないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】パイル形成のために内部でコンクリートを成型する前の段階にあるパイルフォーム内のストランドを示す斜視図である。
【図２】図１と類似する拡大斜視図である。
【図３】コンクリートをフォーム内で成型した後のパイルフォームを示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるアンテナアセンブリの第１の実施形態の展開図である。
【図５】図４のアンテナの断面図であり、パイルのようなコンクリート構造の側部に組み込まれた状態を示す。
【図６】パイル頂部に対向して配置したアンテナ場所を示す斜視図である。
【図７】コンクリート構造の表面と同一平面をなして取り付けられた展開可能なアンテナアセンブリの側面図である。
【図８】図７のアンテナの斜視図である。
【図９】本発明による現場で展開可能なアンテナの代替実施形態の斜視図である。
【図１０】本発明による別のアンテナアセンブリを形成するために使用された反射装置の一部分解斜視図である。
【図１１】本発明による第２の反射装置アセンブリを示す一部分解斜視図である。
【図１２】電子機器モジュールハウジングが取り付けられ外部に露出した状態にある、アンテナハウジングと反射装置アセンブリの展開図である。
【図１３】図１２に示したアンテナ管とハウジングを密封するために使用される重合体プラグの拡大断面図である。
【図１４】図１２に示したアンテナ反射装置アセンブリのための、第１のタイプの端部キャップの正面図である。
【図１５】図１２に示したアンテナ反射装置アセンブリのための、第２の端部キャップの正面図である。
【図１６】電子機器モジュールハウジングがない、図１２と類似した、本発明による別のアンテナアセンブリの斜視図である。
【図１７】解除ガスケットが電子機器モジュールハウジングカバーの周囲に配置されている、図１２と類似した、アンテナアセンブリの斜視図である。
【図１８】図１７に示したアンテナアセンブリの背面斜視図である。
【図１９】パイルフォームの断面図であり、本発明によるアンテナアセンブリをパイルフォーム内に対向させて位置決めした状態を示す。
【図２０】パイルフォームの断面図であり、パイル内に計器を垂直に取り付けるための本発明によるストランドとＵ字型棒垂下アセンブリとを示している。
【図２１】Ｕ字型棒垂下アセンブリの展開斜視図である。
【図２２】取り付けたひずみ計、加速度計、電子機器モジュールと共に示された、組み立てた状態にあるＵ字型棒垂下アセンブリの、一部を概略的に示した側面図である。
【図２３】ひずみ計、加速度計、電子機器モジュールを装備したＵ字型棒垂下アセンブリの別の実施形態を示した、図２２と類似する側面図である。
【図２４】図２３のＵ字型棒垂下アセンブリの中央区間における電子機器とセンサ取り付け具の斜視図である。
【図２５】図２４のＵ字型棒垂下アセンブリに関連したセンサ取り付け具を示す背面斜視図である。
【図２６】加速度計用の耐水ハウジングの断面図である。
【図２７】頂部及び先端センサ／ゲージパッケージと無線／電子機器コンパートメントとの間の接続を示すパイルの略図である。
【図２８】図２７と類似のパイルの略図であり、この場合にパイルは、駆動後に頂部を切断したパイル用の組み込まれた先端計器への接続を可能にするためのワイヤ容器と案内管を含む。
【図２９】図２８の線２９−２９に沿ったパイルの断面図である。
【図３０】パイルを除いた状態で示す、図２８のパイルセンサとアンテナ配列の略図である。
【図３１】共通データバックボーンとパイル内送信システムを示すパイルの略図である。
【図３２】無線電子機器をネットワークノードモジュールと交換中の、駆動されるパイルの頂部の斜視図である。
【図３３】頂部を切断したパイルの斜視図であり、ネットワークノードモジュールと接続した状態を示す。
【図３４Ａ】本発明によるライフサイクル監視システムを示すフローチャートの一部である。
【図３４Ｂ】本発明によるライフサイクル監視システムを示すフローチャートの一部である。
【図３４Ｃ】本発明によるライフサイクル監視システムを示すフローチャートの一部である。
【図３５】構造の追加部材、及び／又はデータを取得／監視するための遠隔操作アップリンクに接続するべく、共にノードに接続している監視センサを有する複数のパイル頂部の上に配置された、コンクリートキャップ成型の斜視図である。
【図３６】本発明によるパイルの貫通深度を追跡するシステムの斜視図である。
【図３７】パイルの貫通深度を追跡する代替システムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の説明では、特定の専門用語を便宜面のみの目的で用いるが、これは限定を考慮したものではない。用語「下方」、「上方」、「左」、「右」は、参照する図面中の方向を示す。ここで使用しているとおり、「Ａ、Ｂ、Ｃの少なくとも１つ」とは、Ａ、Ｂ、Ｃのうちいずれか１つ、あるいはこれらの組み合わせを意味する。この場合Ａ、Ｂ、Ｃは本発明の顕著な特徴を表す。これに加えて、用語「或る（ａ）」「１つの（ｏｎｅ）」は、特に表記がない限り、参照する項目のうち１つ以上を含むものとして定義される。
【００１９】
図１を参照すると、パイルを形成するために、パイルフォーム１４内にコンクリートを注入して成型を行う前の、パイルフォーム１４内にパイル１０用のストランド１２を配置した状態を示している。設置中及び設置後にパイルからデータを送信するための複数のセンサ１６とアンテナアセンブリ１８が、好ましくはケーブル連結部又は類似の保持装置を使用して、ストランド１２に接続された状態、又はストランド１２から垂下した状態あるいはこれの上にある状態で示している。複数のセンサ及び複数のアンテナの好ましい用途は、下記に詳細に述べるとおり、パイルの設置及び／又はライフサイクル監視を行うため、又は場合によってはパイルデータの記録を行うために、パイル内に組み込んだセンサによって収集されたデータの直接無線データ転送を利用し、パイルを監視するというものである。
【００２０】
図２は、１つの好ましいアンテナ／無線アセンブリ６０の拡大図であり、このアンテナ／無線アセンブリ６０は、フォーム内にコンクリートを注入成型した際にコンクリートの中で浮き、これの頂面がパイルの表面に位置するようにパイルストランド１２の頂部に一時的に配置されている。これに加え、センサ１６をパイルストランド１２どうしの間に配置するために、センサ１６は好ましい垂下アセンブリに取り付けられている。これについては以下で詳細に説明する。
【００２１】
図３は、コンクリートを注入してフォーム１４内に成型されたパイル１０を示す。アンテナ１８の表面は、パイルドライブ以前、最中、及び／又は以降に信号送信を実行できるように露出している。また、アンテナ／無線アセンブリ６０のカバー６４も露出した状態のままである。アンテナ１８を取り外して、電子機器モジュールハウジング６１のカバー６４内に組み込むこともできる。以下でこれを詳細に説明する。
【００２２】
図４、図５に、本発明によるアンテナアセンブリ１８の第１の実施形態を示す。製造中に、アンテナアセンブリ１８は、図３に示すパイル１０のようなコンクリート構造の側部に同一面取り付けされる。アンテナをパイル１０の周囲のコンクリートから分離することが重要である。これは、好ましくは鋼鉄かアルミニウムのような金属製であるコーナーリフレクタ２４を設けることで達成される。このコーナーリフレクタは、あるいは、電導性コーティングを施したプラスチック製であってもよい。従来のコーナーアンテナは、利得を提供する別の用途に使用されてきたが、本願明細書の場合には、アンテナを、これらが組み込まれている周囲のコンクリート構造から隔離させる目的で、慣習にとらわれない方法で使用する。典型的なコーナーリフレクタ用途では、リフレクタは、反射した波が同調して追加され、利得が提供されるように、アンテナから１／２波長離れた場所に配置される。本発明の用途によるコンクリート内の構造補強に基づく深さ規制のために、コーナーリフレクタ２４の金属表面をアンテナから十分に離れた場所に配置することで、アンテナへのデチューンの影響（インピーダンスの不整合損失によって生じる）が最小化され、また、同金属表面を遠すぎない場所に配置することで、反射波によって生じる破壊的な干渉が最小化される。１つの用途では、９１６ＭＨｚの基準波長には、約１／６波長分の空間を提供する２．１インチ（約５．３３ｃｍ）の距離が好ましい。
【００２３】
本発明の、より短い波長／より高い周波数（例えば２．４ＧＨｚ）の別の実施形態では、組み込まれた、全体形状がより小型のアンテナアセンブリには約１インチ（２．５４ｃｍ）の間隔を設ければよい。
【００２４】
やはり図４、図５を参照すると、アンテナ２６は、オープンセル型発泡ブロック２８又はこれと類似した非湿気吸収又は保持スペーサを設け、裏面に金属被覆を施したリフレクタに関連して適所に保持される。当該周波数にあるＲＦ透過材料から形成されたカバープレート３０をアンテナ２６の上に設置することが好ましい。このカバーは、図３に示すようにコンクリート構造の表面と同一平面を成すことが好ましい。グロメット３１を、アンテナ２６から延びているワイヤ又は同軸ケーブル周囲に配置することが好ましい。このアセンブリ１８の全体は、耐水方法で組み立てることが好ましい。
【００２５】
図６は、パイル１０頂端部の対向した面上へのアンテナ１８の好ましい配置を示す。このアンテナアセンブリ１８は、頂部から２ｄだけ下に配置されることが好ましい。ここで、ｄはパイル１０の幅である。センサ１６も頂部から２ｄの場所に配置され、追加のチップセンサはパイルチップから２ｄに配置されていることが好ましい。これについては以下で詳細に説明している。しかし、センサはパイル断面の中間／核部分に配置されている。
【００２６】
図７、図８を参照すると、本発明の別の実施形態では、単式（又は複式）の引き込み可能なばね負荷型アンテナアセンブリ５０を提供している。パイルの製造及び移送中、アンテナ５２とパイル面は同一平面をなした状態に維持される。アンテナアセンブリ（１つ以上）５０は、実際のパイルハンマーによる垂直打撃があった場合、又は制御命令が受信されてソレノイド駆動リリースが始動された場合のいずれかのみに展開位置へ延びるアンテナ５２を有する。好ましくは絶縁基板上に被覆された金属や他の伝導性材料から形成される伝導性グラウンド面５４が、コンクリート構造の表面と同一平面上に取り付けられている。この伝導性グラウンド面５４は、カバー３０のような表面上に定在しており、アンテナが展開されるとアンテナ構造の一部として動作する。アンテナ５２の長さは、好ましくは１／４λであり、グラウンド面５４は約λ／２のディメンションを有し、さらに、直径又は辺長さが約λ／２の円形又は四角形であることが好ましい。この配列が好ましいが、別の配列利用も可能である。
【００２７】
代わってあるいは遠隔リリースに加えて、アンテナアセンブリ５０の自動延長の試みが失敗した場合に備えて、、手動押しボタンのオーバライド５５を設けられる。これは、使用者がロッド又はピンを挿入したり、アンテナ５２を収容状態にて保持するキャッチを解放できるようにするために、グラウンド面５４に配置された小型開口部であってよい。
【００２８】
アンテナ（１つ以上）５２は、適切な度数の強打又は制御命令を受けると、コンクリート面から直角に延びる。これは、図８に示すように蝶番を取り付けたアンテナ５２によって容易に達成できる。強打又は制御によって始動されたソレノイド又はプランジャがキャッチを解放し、アンテナは、円周力コイルばね又は圧縮ばね（図示せず）の力で駆動されて外方へ回転する。代わって、図９に示すように、アセンブリ５６は、コンクリート構造の表面に配置されている電導グラウンド面５４ａの表面に対してほぼ直交して延びている非電導スリーブ５８内に配置されたアンテナ５７を含むことができ、また、上述の検出された強打又は制御信号のいずれかによってキャッチの解放が始動されると、キャッチが解放され、アンテナ５７が外方に跳ねて、スリーブ５８からグラウンド面５４ａの上の方の延長位置へ到達する。
【００２９】
アンテナ（１つ以上）が設置中にグレード（水又は地面）に当たった場合には、繋がれたパイルの場合と同様に、内蔵の感知回路要素が、以下で詳細に説明するように、データの送信をグレードよりも上のアンテナ又は内蔵トランシーバに切り替えるか、又は、データエクスポート用ジャックを介して直接接続できるようにする。
【００３０】
図１０、図１１は、アンテナアセンブリ８０、９０の２つの追加の代替実施形態を示している。これらのアンテナアセンブリは、非常にコスト効率的な方法で構成され、また、厚さがλ／４、直径が好ましくはλ／２よりも大きい又はこれと等しい低損失及び低誘電性材料のプラグ８２、９２を使用している。各プラグは、プラスチック、又は上述の必要性を満たす何らかの適切な材料から形成されていてよく、また好ましくは円筒形（図１０）、半球形、放物線形（図１１）である。側部と底部は、金属被覆したホイル又は別の何らかの適切な材料のような電導性コーティング８４、９４で被覆されている。外部密封された中心開口部８５、９５を通って、同軸ケーブル８８、９８の中心ワイヤ８６、９６がλ／４の長さで延びている。ケーブル８８、９８のグラウンドブレードが、電導性コーティング８４、９４の中心開口部８５、９５のプラグ８２、９２の底部を通って延びている範囲に半田付けされるか、あるいは接続されている。低コストのアンテナを提供するために、製造中、プラグ８２、９２の頂面がカバーとして機能し、コンクリート構造の表面と同一平面に設置される。
【００３１】
図１２ないし図１５は、上方アンテナ／無線アセンブリ６０の好ましい実施形態を詳細に示している。アンテナアセンブリ６０は、リフレクタ本体６６を有するリフレクタアセンブリ６５を含んでいることが好ましく、リフレクタ本体６６は、上方に曲がった金属シートによって好ましくはＶ字形状に形成され、また、図１４、図１５に示すように、これの両端には端部キャップ６８、７０が取り付けられている。リフレクタアセンブリ６５は、アルミニウム又はステンレス鋼のような金属材料で形成されていることが好ましい。しかし、これ以外の適当な金属材料も利用でき、又は、金属コーティングされた重合体材料も適している。所望の周波数のＲＦ透過材料で形成された保護カバー７２が提供されている。このカバー７２は、パイル製造における成型中にコンクリートをアンテナアセンブリ６０から離しておくために必要であり、所望であればコンクリート硬化後に取り除くことができる。１つの好ましい実施形態では、これは、硬い厚紙／厚紙、あるいは厚さが約０．０２インチ（約０．０５ｃｍ）より厚く、リフレクタアセンブリ６５に接着、テープ接着、若しくは密封することができる重合体材料で形成されている。
【００３２】
アンテナアセンブリ６０はさらに、ワイヤ用のハウジング６１と、アンテナ７６に関連する電子構成要素と、データ信号の送信を行う無線モジュールとを含んでいる。アンテナ７６は、ＰＶＣのような重合体材料で形成されたアンテナ管７８の内部に配置されていることが好ましい。アンテナ７６は、好ましくはハウジング６１から延びている結合部６９と、ハウジング６１内部から結合部６９内へ挿入されアンテナベースの周囲に延びているプラグ７９とを使用して、耐水方法でハウジング６１と接続している。これについては図１３に示されている。プラグ７９は、ハウジング６１内に、符号８１で示すように密封又は接着されていることが好ましい。前記リフレクタアセンブリ６５は、第１の端部キャップ６８がハウジング６１と接触するように、アンテナ管７８の上の方に設置されている。管端部キャップ８３は、アンテナ７６の設置後にアンテナ管の７８の端部を密封するために使用される。耐水コネクタ９１をハウジング６１の側面に設けた開口部（１つ以上）内に挿入すれば、パイル１０内に設置されている感知システムの様々なエレメントへデータ信号を送信する、及び／又は電力を伝送するワイヤ、ケーブルなどのための耐水入口地点及び出口地点を提供できる。これに加え、例えば提供されたフランジへのリベットで、又はこれ以外のクリップ、接着、ケーブル連結部などの任意の適切な接続によって、浮力補正板８７がハウジング６１の底部に好ましく接続される。この浮力補正板８７は、上に十分な量のコンクリートを配置できる寸法に作製されているので、浮力補正板８７がアンテナアセンブリ６０の浮力に対抗することで、カバー７２とパイル表面がほぼ同一平面にある状態において、アンテナアセンブリ６０がパイルストランドよりも上の浮遊位置に維持される。
【００３３】
前記ハウジング６１、結合部６９、プラグ７９、アンテナ管７８、耐浮遊板８７、端部キャップ８３は全てＰＶＣ又は類似の重合体材料で作製され、単純かつ効率的な方法で相互に組み立て及び接着できることが好ましい。リフレクタアセンブリ６５のカバー７２は、パイルフォーム１４内に配置されて、パイルの外面に沿って保持され、パイルの外面の一部を形成することが好ましい。また、パイルの形成後に、ハウジング６１内に配置されているワイヤ、ケーブル、電池、診断サポート、及び／又は電子構成要素に接触できるようにするために、接触用カバー６４がハウジング６１に設けられ、さらにパイルの表面にも位置していることが好ましい。
【００３４】
図１６は、第２のアンテナアセンブリ６２用のリフレクタアセンブリ８９を示しており、このリフレクタアセンブリ８９は、カバー７２と、好ましくはＶ字型のリフレクタ本体６６とを含んでいる。アンテナ７６を挿入したアンテナ管７８をリフレクタアセンブリ８９内部に入れ、この両端部を２つのリフレクタ端部キャップ７０で閉鎖する。アンテナが管７８内に設置されると、アンテナケーブルのみがリフレクタアセンブリ８９の一端から外部へ出た状態で、管の両端部が管端部キャップ８３又は類似タイプの端部キャップによって耐水密封され、これで第２のアンテナアセンブリ６２の形成が完了する。
【００３５】
図１７、図１８は、設置を改善した好ましいアンテナ／無線アセンブリ６０を示している。カバー６４の取り外しを可能にするために、図１７に示すように、発泡又はゴムスリーブ６３をハウジング６１の頂部周囲に設置し、これを上方へ、カバー６４のリップ部を越えた場所にまで延ばしている。これにより、パイル１０の形成に使用されるコンクリートがカバー６４を適所でロックすることが防止され、また、スリーブ６３は、コンクリートが硬化し、カバー６４の取り外しを可能にする空隙ができた後に取り外すことが好ましい。あるいは、スリーブ６３を取り外さずに、湿気の進入及び安定を防止するための密封として機能させることもできる。
【００３６】
複数の個別に切り替え可能で一意に識別されるアンテナを、コンクリートパイル構造内に組み込むことが好ましく、このアンテナは、ハウジング６１内に無線モジュールが取り付けられたアンテナアセンブリ６０と、場合によっては１つ以上のアンテナアセンブリ６２と、あるいは上述で確認された別タイプのアンテナアセンブリとを含んでいることが好ましい。これらのアンテナは、どのアンテナ位置が最高の信号強度を提供するか、次いで最高のデータ帯域幅機能を提供するかを、受容システムによって、受容システムの物理位置に基づきラウンドロビン方式で、好ましくは自動的に使用可能にされる。このアンテナ（位置）のみが選択され、後続の全てのデータ通信について使用可能となる。パフォーマンスを最適化するために、データ取得の最中、使用されていないアンテナ位置には送電がされない。データ取得の最中、選択されたアンテナからの信号を損失してしまった場合、システムが残りのアンテナの１つとの接触の自動確立を試みることができる可能性がある。
【００３７】
アンテナ選択基準は、受信した信号の強度インジケータ信号（ＲＳＳＩ）、リンク品質、計算された検査信号送信帯域幅の組み合わせに基づくことが好ましい。アンテナを選択し、これを使用可能にするために使用される特定のプロトコルの選択は、使用している特定のシステムと用途に基づいて行うことができる。しかし、一般的には、最高の伝送能力を持ったアンテナが選択されて、使用及び電力供給される。一旦選択されると、選択されたアンテナには、全システム電力が送られてシステム電池の寿命が延長される一方で、最良の信号強度と最高の帯域幅が提供される。また、アンテナ構造はパイルの表面上に露出しているため、複数のアンテナを使用することによって、１つのアンテナが損傷した場合にも冗長性オプションと回復オプションを提供することができる。
【００３８】
次に図１９は、パイルフォーム１４内に配置されたアンテナアセンブリ６０、６２を示す。上方アンテナアセンブリ６０は、製造後に水浸入源がストランドスケルトンに到達することを防止するために、コンクリート中のストランド１２の上方の位置に浮いた状態にあることが好ましい。下方アンテナ６２は、底面と同一平面にあるフォームの底部に配置でき、成型中のコンクリートの重量によってこの位置に維持される。上述した別型のアンテナアセンブリを使用することもできる。パイルフォーム１４の対向する側壁にアンテナアセンブリを配置してもよい。
【００３９】
図１ないし図３に示したセンサ設置の際に遭遇する１つの問題は、コンクリートの注入、これに続く振動器又は他の手段を使用したコンクリートの硬化の最中に、ストランド１２の上又はこれらの間にセンサを水平に取り付けることで、コンクリートの注入及び／又は突き固めをするべき凸凹の輪郭が増え、センサへの損傷の可能性が高まることである。
【００４０】
図２０に示すように、本発明によれば、パイルフォーム１４内に設置するセンサの迅速で精密かつ繰り返し可能な位置決めを促進するために、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’をパイルフォーム１４内にほぼ垂直に設置することが好ましい。これには、パイルの核の断面内に配置しなければならない加速度計１２２とひずみ計１２４とが含まれることが好ましい。Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’は、ばね負荷型のものであることが好ましく、また、後続のパイルの駆動中にも精密な加速度測定を実施すべく加速度計をパイル長さと直交する位置に維持し、さらに、精密なひずみ測定を実施するようにひずみ計をパイルの縦軸と平行する位置に維持しながら、ハンド測定の必要なく、センサをパイルフォーム１４の核範囲の中心内に繰り返し可能に位置決めできることが好ましい。
【００４１】
次に、図２１、図２２を参照しながら、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０の第１の実施形態を詳細に説明する。Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０は、上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８を含んでいる。下方Ｕ字型フレーム１２８の脚部は、上方Ｕ字型フレーム１２６の脚部内で滑動することができる。上方Ｕ字型フレーム１２６の脚部内には、ばね１３０が配置され、上方Ｕ字型フレーム１２６を付勢して下方Ｕ字型フレーム１２８から離している。組み合わされた上方シールド／フック１３２と、１つ以上の下方フック１３４の各々とが、上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８の基部にそれぞれ取り付けられている。シールド／フック１３２とフック（１つ以上）１３４は、直流腐食を防止する任意の適切な材料から形成されていてよく、また、図２２に示すように、Ｕ字型棒アセンブリ１２０をパイルフォーム１４内にほぼ垂直包囲に設置した場合に、ストランド１２と係合できる任意の適切な形状であってよい。上方シールド／フック１３２は、コンクリート成型中、及びこれに続く振動による硬化／突き固めによって生じる損傷から計器／センサ配列を保護できるよう十分幅広であることが好ましい。
【００４２】
設置において、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０を複数のストランド１２どうしの間に挿入することができ、この場合、下方フック（１つ以上）１３４を下方ストランド１２に係合させている。次に、上方Ｕ字型フレームをばね１３０の力に対抗して下方に押下して、下方Ｕ字型フレーム１２８の脚部を上方Ｕ字型フレーム１２６の脚部内に入れ子式に受容させることで、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０を圧縮する。上方Ｕ字型フレーム１２６上の力が解放されると、上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８がばね１３０によって相互に離れるように付勢され、上方シールド／フック１３２のフック部分がパイル部分１４内の上方ストランド１２の下面に対して係合できるようになる。
【００４３】
再び図２１、図２２を参照すると、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０は、これに接続された搬送用そり１３６をさらに含んでいる。この搬送用そり１３６は、取り付けプラットホームを配置するために、上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８の脚部と接触する案内フランジ１３８を含むことが好ましい。搬送用そり１３６の上方部分は、図２２に示すように、電子機器モジュール１５９を保持及び保護するべくほぼＵ字型に屈曲した延長部１３７を含むことが好ましい。あるいは、この部分を別個の部品として、又は電子機器モジュールのハウジングの一部として設けることもできる。
【００４４】
センタリングばね１４０を提供し、これの第１の端部を上方Ｕ字型フレーム１２６と下方Ｕ字型フレーム１２８のそれぞれに接続することが好ましい。センタリングばね１４０の第２の端部を、搬送用そり１３６の上方及び下方側部上のブラケット１４１に接続し、さらに、ストランド１２上の設置位置におけるフック１３２から１３４までの距離に関係なく、搬送用そり１３６をほぼ中心位置に付勢する。ブラケット１４１は、計器／センサアセンブリがパイルのほぼ中心に位置するように離間される。これは、「ａ」を、センサ／計器アセンブリ取り付け位置の中心線から等間隔に配置することで行うことが好ましい。図２２に示すように、センタリングばね１４０からの力ベクトルは主要Ｙ力成分を有する。しかし、取り付け配列に基づけば、搬送用そり１３６をＵ字型フレーム部材１２６、１２８に対して保持するためのＸ力成分を提供する可能性もある。設置装置をストランドどうしの間へ延ばし、搬送用そり１３６の位置を測定及び調整させなくても、センタリングばね１４０が、設置時に搬送用そり１３６が繰り返し可能な中心位置にあることを確認する。センタリングばね１４０は、ばね１３０よりも低いばね定数を有する。垂下アセンブリが適所に到達すると、ワイヤ連結部、ホースクランプ、つまみねじ、又は類似した他の装置によって、搬送用そり１３６が中心位置にクランプ留め及び／又は保持される。これは、コンクリート、及び／又は後続の振動／安定が、搬送用そり１３６をばね均衡位置から移動させてしまうことを防止する。
【００４５】
あるいは、別のばね配列を利用するか、もしくはセンタリングばね１４０を省略して、ケーブル連結部、曲げワイヤ、又は上述したようなこれ以外の適切な固定具によって、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０に取り付けプラットホームを設置することもできる。
【００４６】
好ましくはケーブル連結部、ワイヤ連結部などによって、搬送用そり１３６に取り付け板１３９が接続されている。この取り付け板１３９は、好ましくは整列穴、タブ、又はこれと類似の別の方法によって、搬送用そり１３６上の適所に合わされている。加速度計アセンブリ１２２は、ケーブル連結部や他の適切なタイプのコネクタ、例えば機械固定具、エポキシ、又は任意の他の適切な手段によって、取り付け板１３９に取り付けられることが好ましい。あるいは、取り付け板１３９を省略して、これの取り付け特徴を搬送用そり１３６上に組み込むこともできる。
【００４７】
図２３、図２４は、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０’の第２の実施形態を示す。第２の実施形態１２０’は、ばね１３０が不要であり、取り付け板１３９を省略してこれの機能を搬送用そり１３６’と一体に組み込んでいる点を除いて、実施形態１２０と類似する。Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０’では、Ｕ字型フレーム１２６、１２８は、上述したのと同じ方法で共に滑動可能であり、離間することができる。しかし、下方Ｕ字型フレーム１２８の脚部には一連の穴が含まれ、これらの穴は上方Ｕ字型フレーム１２６の脚部の穴と整列し、ピン、ボルト、リベット、又は任意の他の適切な固定具のようなピン１３３で留めることができる。Ｕ字型フレーム１２６、１２８は、パイル１０を形成するための特定のストランド１２空間について調整される。次にピン１３３を設置する。底部フック１３４’は、ばね鋼又は他の適切な弾性材料で形成されている。設置中に、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０’がストランド１２と下方ばねフック１３４’の間に挿入され、下方ストランドと係合する。ばねフック１３４’が伸縮的にゆがむことで、上方フック１３２をフォーム１４の所望の上方ストランド１２の下に挿入できるようになり、この後、上方フック１３２を弾性的に付勢して上方ストランドと係合させる。ストランド自体もいくらかの弾性を提供し、弾けて離間することでＵ字型棒垂下アセンブリを設置できるようになる。下方Ｕ字型フレーム１２８の脚部の穴は、多数の周知のパイルサイズの従来の標準的なストランドにおける適切な場所に配置することもできる。計器とセンサを取り付けた搬送用そり１３６’を、ケーブル連結部、クランプ、リベット、又は任意の他の適切な固定具を使用して、Ｕ字型フレーム１２６、１２８の中心位置に接続できる。
【００４８】
加速度計アセンブリ１２２は、図２６に詳細に示すような、物理的な加速度計装置を収容する耐水空洞を保持したハウジング１４２を含んでいることが好ましい。ハウジング１４２は、物理的な加速度計装置が内部に収容される空洞１４８を画定する、頂部ハウジング部分１４４と底部ハウジング部分１４６とから形成されることが好ましい。上方ハウジング部分１４４に設けた円周溝内にＯリング１５０が配置される。空洞１４８内に物理的な加速度計装置を設置すると、頂部及び底部ハウジング部分１４４、１４６が好ましくは接着剤を使って組み立てられ、ハウジング部分１４４と１４６が共に固定される。加速度計ハウジング１４２用の頂部及び底部ハウジング１４４、１４６は、低コストなポリカーボネートのような重合体材料で作製されることが好ましい。図２２ないし図２５に示すように、ハウジング１４２の円周周囲には好ましくはチャネル１５２が形成されているため、チャネル１５２内に受容されたケーブル連結器を使用して、ハウジング１４２を、これと別個に設けた搬送用そり１３６’又は取り付け板１３９と物理的に整列させ、これに物理的に取り付けることができるようになる。
【００４９】
図２１に示すように、取り付け板１３９には好ましくは開口部１５４が配置されており、この内部に加速度計ハウジング１４２が固定されている。開口部１５４は、重ね合わせる／整列させるためのＶ字型の側壁を有しているため、Ｖ字型壁と重なり合ったハウジング１４２の周辺円周縁によって、加速度計ハウジング１４２が適所にしっかりと正確に保持される。加速度計を取り付けるべくケーブル連結部を延ばすために、取り付け板１３９にスロットを設けることが好ましい。この開口部１５４を設けることで、パイル作製に使用するコンクリートがハウジング１４２内の加速度計アセンブリ１２２の周囲で固まることができるようになり、これにより加速度計が正確なデータを収集できるようになる。あるいは、図２４に示すように、同一タイプの開口部１５４’を搬送用そり１３６’に直接設けて、加速度計アセンブリ１２２を同じ方法で取り付けられるようにしてもよい。
【００５０】
ひずみ計１２４も、プレアセンブリの別個の部品として提供する場合には、ケーブル連結部を使用して、搬送用そり１３６又は取り付け板１３９上に設置されることが好ましい。ひずみ計１２４が収集するデータを正確なものにするために、開口部１５６を、図２１に示すように、取り付け板１３９のひずみ計１２４の範囲に設けて、パイル作製に使用するコンクリートがひずみ計１２４の周囲で固まることができるようにすることが好ましい。図２３、図２４に示す実施形態では、これと類似の開口部１５６’も搬送用そり１３６’に直接設けられている。
【００５１】
図２２、図２４に示すように、ひずみ計１２４及び加速度計用の電子機器モジュール１５９も搬送用そり１３６、１３６’に取り付けられていることが好ましい。あるいは、これをパイルフォーム１４内の何処かに配置することもできる。
【００５２】
取り付け板１３９は、Ｌｅｘａｎ（商標）のような重合体材料、又は任意の他の適切な重合体材料で形成されることが好ましい。上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８は鋼鉄ロッド、管、他の構造から形成されることが好ましく、また、フック１３２、１３４も好ましくは鋼鉄のような適合性のある金属材料から形成され、溶接、リベット留め、又は任意の他の適切な手段によって、上方及び下方Ｕ字型フレーム１２６、１２８に接続していることが好ましい。上述したように、フック１３４’はばね鋼又は適切な弾性材料から形成される。搬送用そり１３６、１３６’は、鋼鉄のような適合性のある金属材料から形成されることが好ましい。
【００５３】
Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’を使用することで、加速度計が形成されるパイルの核の長さと直交し、この核内に位置するべく、正確な整列と位置決めを維持する一方で、ひずみ計１２４は、形成されるパイルの核内で、これに平行に軸方向に延在し、ひずみ計１２４及び加速度計アセンブリ１２２のようなセンサのパイルストランド１２に対する迅速で簡単な設置を、一貫した繰り返し可能な方法で行うことができるようになる。Ｕ字型棒アセンブリ１２０、１２０’は、搬送用そり１３６上に、計器／センサアセンブリを、パイルフォーム１４内に精密に配置したストランド１２と、ストランドの位置に基づいて正確かつ機械的に重ね合わせるように設計されているため、計器／センサアセンブリの精密かつ繰り返し可能な配置、好ましくはパイルの核の中心を、確実に得ることができる。
【００５４】
図２７は、パイル１０内のセンサ１６の位置決めと、アンテナ／無線アセンブリ６０及びアンテナアセンブリ６２の位置決めを示す。パイル１０内でデータ伝送を行うために、先端センサ１６とハウジング６１の間にシングルケーブル１７０が延びている。センサ１６は、好ましくはＵ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’を使用して、又は、センサ１６をストランド１２どうしの間の適所に保持する任意の他の適切なシステムを使用して配置される。対向した両側にアンテナを配置することで、アンテナの方位に関係なく、パイルから常にＲＦ信号を受信できるようになる。
【００５５】
図２８は、パイル１０のセンサ及び信号送信システムの別の好ましい配列を示す。これの先端付近には、加速度計アセンブリ１２２とひずみ計１２４を含むことが好ましい、先端センサパッケージ１６ｂが配置されている。少なくとも１つのアンテナ１８がパイル頂部付近に配置され、また、さらなるセンサパッケージ１６ａもやはりパイル頂部又はこれの付近に配置されていることが好ましい。さらに、頂部及び先端センサパッケージ１６ａ、１６ｂのためのパイルサイズに基づいた好ましい配置場所を示している。先端センサパッケージ１６ｂは、パイルライフサイクル履歴データ、計器キャリブレーションデータ、他のパイルドライブ関連のデータを記憶する不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）を含むことが好ましい。これは電子機器モジュール１５９に内蔵するか、又は別個に設けることができる。
【００５６】
センサパッケージ１６ａ、１６ｂは、パイル核内に配置されるべき加速度計アセンブリ１２２とひずみ計１２４を保持した、Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’のうち一方と、調整電子機器１５９とを含んでいることが好ましい。Ｕ字型棒垂下アセンブリ１２０、１２０’は、センサパッケージ１６ａ、１６ｂの迅速で簡単な取り付けを提供しながら、組み立てに要する時間とコストを低減する。
【００５７】
図２８に示す好ましい実施形態では、好ましくはプラスチック材料から形成される管２３０が、先端センサパッケージ１６ｂとアンテナ／無線アセンブリ６０の電子機器モジュールのハウジング６１との間に延びている。図２９に示すように、先端センサパッケージ１６ｂと電子機器モジュールのハウジング６１の間に延びているケーブル又はワイヤ２３１は、管２３０を通って走行している。
【００５８】
図３０は、この配列からパイル１０を除いた状態の略図である。ワイヤ又はケーブル２３１の余剰分を収容するための拡大範囲又は容器２３３が、先端センサパッケージ１６ｂ又はこの付近に配置されている。この拡大範囲又は容器２３３は、管２３０の端部のバルブの形状で、センサパッケージ１６ｂに向かって延びているワイヤ又はケーブル２３１に密封されていてもよい。これにより、設置後にパイル１０の先端を切断すると、余剰分のワイヤ又はケーブル２３１をチャンバ２３３から上方へ引き出し、つなぐことができるようになるため、任意の他のセンサ、及び／又は先端センサパッケージ１６ｂに配置されたＮＶＲＡＭを含む加速度計及びひずみ計１２２、１２４を、ネットワーク化された監視ノードに接続して監視を続けることができる。以下でこれについて詳細に説明している。これに加え、先端センサパッケージ１６ｂ内にセンサ用の調整電子機器１５９と共に配置したメモリに記憶されたデータ全てにアクセスすることもできる。
【００５９】
図２８、図２９に示すように、管２３０を、パイル１０の下流にて、ケーブル連結部又は別の適切なコネクタを使用してストランド１２に緩く連結することで、管２３０が適所に配置されるが挟締されないため、ケーブル又はワイヤ２３１が管２３０で滑動できるようになることが好ましい。
【００６０】
図３１は、ケーブル１７０又は２３１の形状をした共通データバックボーンを示すパイル１０の略図を示している。本発明の一実施形態の好ましいシステムの全体像によれば、積層した（又はつないだ）垂直コンクリートパイルの先端及び頂部に、光ファイバ、ＲＦ、磁気又はハード接続を介した無線結合配列が配置されており、これをトランシーバモジュール２６０として示している。これは、各パイルの先端に組み込んだ受信機モジュール、頂部に組み込んだ送信機モジュール、及びパイルの先端から頂部へデータをパススルーモードで移動するためのハードワイヤリンク又はバックボーンを介した共通接続として提供できる。あるいは、トランシーバ２６０は、特定の用途に応じて、双方向データを提供することができる。
【００６１】
この配列を使用すれば、データをグレードパイルの下（ｂｅｌｏｗ ｇｒａｄｅ ｐｉｌｅ）から監視したり、この配列の頂部で駆動されているパイルにかけてデータをつなぐために、データの中継及び送信を行えるようになる。これにより、やはりハード接続したバックボーンに共通接続しているパイルに組み込まれた様々な感知モジュールから、情報（データ）を収集できるようになる。送信されたデータがどちらの方向に向けられているかを見分ける方法が、例えばネットワーク化されたノードの方法で提供される。
【００６２】
これに加え、本発明によれば、同じインターフェースの特別版を使用することで、構造どうしの間で電力を結合することができる。これにより、内部電源が失敗した場合にこれを自動オーバライドして、十分な動作電流を提供できるようになる。（場合によっては非常に離れている）動作場所のために、全ての構造に電力供給する電源には、ソーラーパネルを使用して得た太陽エネルギーも含まれる。
【００６３】
任意で、補助のバックアップ接続ポートを提供して、内蔵電源が失敗した場合に電池のような補助電源に接続できるようにしてもよい。内部データロガー、信号調整装置、送信機が失敗した場合に、加速度計、ひずみ計、温度センサ、及び任意の他のセンサからデータを直接読み出すための外部プラグ又は接続を、コンクリート構造内に組み込んだハード接続されたバックボーンを介して提供すれば、部分的なシステム欠陥が生じた場合にも、コンクリート構造内のセンサ及び計器からデータを収集することができる。
【００６４】
無線インターフェース電子機器を含む中央センサデータ多重化及び制御部が、ハウジング６１内、又は好ましくはパイル表面に進入部カバーを有するパイルの中に配置された別のハウジング内に提供されることが好ましい。
【００６５】
送信機の無線アドレス又はＭＡＣ（媒体アクセス制御）アドレスに関連していることが好ましいパイルＩ．Ｄ．が、製造日付、キャリブレーションの日付、センサの詳細、センサ構成、利得、オフセット、計器要因、感度、ロット番号、シリアル番号、販売者などと共に、データ証明システムＱＣによってメモリに記憶される。この初期情報は、好ましくは先端計器調整電子機器と共に配置された不揮発性メモリに記憶され、成型ヤードにおけるパイル製造中に、例えば成型ヤード、検査官氏名／番号、成型日、成型におけるパイルの場所、コンクリートモジュール、コンクリートの明確な重量、杭長さ、杭径又は他の外形、温度プロフィール（以降で詳細に説明する）、及び／又はひずみプレロードのようなパイル成型プロセスに関する情報が追加されて、さらに増大する。こうして記憶されたこれらの情報は後に使用される。あらゆる成型データ、又はこれ以外のパイル形成に関する履歴も、後の駆動プロセスを補助できるように記録される。パイル成型実施の前後に、パイル製造監督がこのメモリにアクセスして、無線のテスト及び／又はチェックを行うことで、パイルの出荷及び／又は駆動前に、ＱＣと任意の必要な修正とを実施できることが好ましい。さらに、パイルの駆動中に成型ヤード検査官が臨界検査パラメータを入力することで、このパラメータにアクセスし、これを使用できるようにしてもよい。
【００６６】
メモリ内の全てのデータには、アンテナアセンブリ６０、６２の一方、あるいは上述したパイル上に配置された別型のアンテナアセンブリを使用するパイルからの無線周波数送信によってアクセスできる。
【００６７】
一旦設置場所に設置されると、必要に応じて、メモリ内の、駆動時におけるパイルのＧＰＳの場所に関連した情報をログ（記録）することも可能になる。これを既にわかっている土の性質マップとリンク付けすると、（被駆動パイルが土中の探針の役割を果たすことにより）土の性質を確認及び／又は決定するため、及び／又は駆動プロセスを変更するために、駆動データを使用できるようになる。
【００６８】
駆動プロセス全般にわたるパイルの駆動中にダイナミックな監視を実施するために、パイルの駆動中にひずみ計（１つ以上）１２４と加速度計１２２が収集したひずみ及び力データが、アンテナアセンブリ６０、６２の一方によってＲＦ送信される。これにより、従来のように駆動中に相対ひずみの外部監視を行う方法に対抗して、駆動中に臨床絶対内部ひずみ情報が提供されるようになる。詳細には、本発明により、実絶対ひずみを監視し、情報を使用できるようになることで、駆動力がパイル内に望ましくない引張状況を生み出すレベルを超えることがなくなる。この絶対圧縮及び引張応力情報は、ハンマー又はクレーンの操作者にリアルタイムのフィードバックを提供するために使用されて、ハンマーエネルギーの選択的な制御と、駆動プロセスの最適化が可能になることが好ましい。この情報はさらに、絶対許容可能ひずみ読み出し及びレンジを報告し、これのフィードバックを提供することで、オーバドライブ及び後続のパイル失敗の防止を行う際にも使用される。
【００６９】
メモリには、検査官、駆動日付、あれば再打撃日付、さらに最大応力を記憶できる。この後、各パイルがこのデータを使用及び追跡できるようになり、さらに、データの受信及び記憶、データの送信を実行できるアクティブ読み出し／書き込み可能なＲＦＩ．Ｄ．タグと類似の方法で、一意の時間スタンプを付けてメモリ内で追跡できるようになる。これに加え、駆動検査官、土木工学検査官、パイル駆動クレーン操作者も、駆動中にセンサユニット電子機器メモリ内のデータにアクセスして、パイルとこれの履歴に関する情報のチェック又は確認を行うことができる。このパイリング履歴データは全て実際の駆動データのヘッダとしてリンク付けられ、駆動データと共にパイリングデータベース内へ送信されて、後のライフサイクル及び／又は長期にわたる監視、ＱＡ／ＱＣトレーサビリティ及びアカウンタビリティに使用される。さらにこのデータは、欠陥や失敗を予測する将来の分析及び比較にも使用できる。
【００７０】
したがって、パイルのライフサイクル全体が不揮発性メモリに捕獲され、アンテナアセンブリ６０、６２の少なくとも一方を使用したＲＦ送信によってアクセスされる。さらに、アンテナに失敗が生じた場合には、必要であればパイル１０の表面からハウジングカバー６４内に進入して、手動での電気接続、及び／又はセンサユニット電子機器の駆動に使用されている電池や電子機器モジュールの交換を行うこともできる。
【００７１】
このメモリは、不揮発性ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又は他の書き込み可能な光／磁気媒体であることが好ましく、また、制御装置によるアクセス及び制御が可能であることが好ましい。また、このメモリは、周知のＲＦ Ｉ．Ｄ．モジュールに関連して使用される拡張メモリモジュールであってもよい。センサユニット電子機器は、センサに関するデータや、成型中のパイルに関する情報を捕獲できる不揮発性メモリを含んでいることが好ましい。これは、パイルのライフサイクル追跡とこれに関連するデータに関連して利用される。
【００７２】
本発明によれば、コンクリート構造内のコンクリート強度を調べ、温度又は硬化プロフィールの準備を確認できる。いくつかの標準規格品はこのプロセスを説明している（ＡＳＴＭ Ｃ １０７４）。パイルの核内と、外面とに温度センサを提供すれば、温度硬化プロフィールもセンサユニット電子機器メモリ内に保存することができる。熱硬化温度の流動線は、パイルの核から外方へ放射線状にのみ変化して、パイルの全長にかけて同一点にほぼ一定に維持されると仮定した場合、核及び表面温度センサを使用してこのデータが正確に追跡されて、パイル内の別の温度勾配が決定された結果、コンクリートがいつ使用可能な強度に達するかが決定される。
【００７３】
ソフトウェアを使用することで、センサ電子機器及びデータロガーから情報を収集し、さらにこの情報が、成型監督、ヤード検査官、駆動検査官、クレーン操作者等のように様々に確立された役割に基づいてユーザに表示される。このシステムは、１つの役割が他の役割をサポートすることで構成できることが好ましい。例えば、土木工学検査官はこのシステムを、特定の動作範囲（ひずみ、力、容量など）を超えた場合にパイル駆動検査官にフラグ警告を行うように構成することができる。これは、特定の駆動基準が満たされた、又はエラーにフラグが立てられたことを確認する上で、クレーン操作者や他の使用者にも適用される。このシステムは、基準閾値に基づいて打撃を追跡、カウント、送信することもできる。
【００７４】
これに加え、計器をパイル１０の頂部と先端の両方に既知の距離を置いて配置することで、電波速度の異常を検出し、これを、関連するデータの署名を使用して、事前定義された特定の問題条件と比較することができる。この問題条件には、例えば過剰なひずみ、パイルに入ったひびのような材料の断絶により生じた電波反射が含まれる。このような異常が検出されたり、潜在的な異常データの整合が生じた場合には、操作者にこれが知らされる。
【００７５】
好ましい一実施形態では、加速度計は、複数の圧電性加速度計に共通して見付かったゼロシフト効果を無効にするために、交流結合又は直流付勢サーボ制御されている。本発明の圧電性（ＰＥ）加速度計の適用では、以下の用途特有の位置条件が知られている。
パイルは常にゼロと等しい速度から開始する。
測定中のイベントは２００ｍ秒未満の合計サイクル時間を有する 。
【００７６】
パイルは常にゼロと等しい速度へ戻る 。
【００７７】
測定中のイベントの前後における速度はゼロと等しく、また、測定中のイベントは所定及び周知の時間間隔で発生するため、交流結合を使用すること、又は、データ捕獲以前に、調整された加速度計信号にサーボ制御フィードバックを使用する固定の直流付勢制御を使用することが、ＰＥ加速度計に一般的なゼロシフト効果（又はエラー）に効果を発揮する。これにより加速度計データのよりよい品質が得られる。
【００７８】
本発明を用いれば、パイルの履歴全体と駆動データを監視し、捕獲することができる。本発明は、駆動中に捕獲された加速度計のデータとひずみ計のデータを特に参照しているが、これは単に好ましいデータのタイプでしかなく、これ以外のタイプのセンサを使用して別タイプのデータを捕獲及び提供することもできる。これには、例えば駆動中の温度を捕獲する先端温度センサ、パイルの温度勾配を追跡するために使用される先端及び頂部温度センサが含まれる。さらにこれ以外のセンサの使用も可能である。
【００７９】
センサユニット電子機器及びメモリに加えて、好ましい長寿命の電池を使用しているが、別の電源、例えば振動誘発電荷、太陽熱などの手段を提供することも可能である。さらに、外部電源の取り付け、内蔵電源の交換を行うための進入部を提供することもできる。
【００８０】
本発明によれば、ハウジングカバー６４を取り除くことにより、無線インターフェース電子機器を含む中央センサデータ多重化及び制御を回復することもできる。しかし、センサ計器はシステム内に組み込まれたままであり、回復不能なままである。これにより、システムの一部を回復して再利用する手段を提供することで、システムのコストをさらに低減できる。
【００８１】
次に図３２を参照すると、本発明によれば、パイル１０の頂部が切断されていない場合、パイル１０は、アンテナ／無線アセンブリ６０の電子機器モジュールのハウジング６１から無線モジュールを取り除くことで長期監視されるように再構成される。交換部品であり、外部給電される、ネットワーク化された監視ノード３１４’がハウジング６１内に設置され、任意の利用可能な先端／頂部計器ケーブル又はワイヤ２３１に接続される。
【００８２】
次に図３３を参照すると、駆動後に、用途の必要性に基づいてパイルの頂部を取り除き切断展開させたパイル１０を示している。パイル１０のライフサイクル全体にわたるさらなる監視、及びこれに続く構造又は基礎の形成を提供するため、又は、先端センサパッケージ１６ｂと共に配置されたメモリ内の情報へのアクセスを可能にするために、パイル頂部を切断した後に容器２３３からワイヤ又はケーブル２３１を上方へ引き出して、これをネットワーク化された監視ノード３１４に接続しているコネクタ又はケーブルとつなぎ、これをキャップ構造内に組み込むか、あるいはパイル１０の付近に配置することができる。これは現場の技術者によって実施される。したがって、パイル１０が駆動され、頂部が切断されている場合には、頂部計器１６ａ以下のどの部分においても、管２３０の断面は図３３に示すようにケーブル２３１が露出した状態となる。
【００８３】
次に図３４Ａないし３４Ｂ、並びに図３５を参照すると、本発明によるパイル製造のライフサイクル監視を提供している。これは、それぞれのパイルアンテナ／無線アセンブリ６０をネットワーク化された監視ノード機能で改良することによって行う。これにより、選択センサイネーブルパイル１０及び他のセンサのパワードローカルエリアネットワークを確立する方法が提供される。改良されたノード又はデータポートは、図３５に示すように、コンクリートキャップ３５０を成型する以前に電子機器モジュールのハウジング６１内に配置しておくことができ、また、移送／建物の基礎及び上層構造を作製するパイル及びコンクリート構造内で、接続されているパイルノード全てを自己構成する機構を含むことができる。ノード又はデータポートは、典型的なネットワークプロトコルを使ってインターフェースされていることが好ましい。これに加えて、システムが、監視されている全ての計器／センサに対して配電を行う。あるいは、配電及びネットワーキング機能を組み合わせてもよい。
【００８４】
本発明によれば、給電のためにネットワーク配線され、データ転送のために有線接続している、電子機器モジュールのハウジング６１内に設置された既存のパイルデータポートが建築作業員によって交換又は増設される。このネットワークに追加されたノードは好ましくは自己構成型であり、ピアツーピア又はマスタ／ホスト構成にて報告を行う。ネットワーク及び／又は配線は、接続されたパイルの少なくとも１サブセットを使用可能及び／又はアクセス可能にするための冗長性とアドレサビリティを提供する。
【００８５】
図３５に示すように、基礎を作製するこれら新規のネットワーク化されたパイル１０は、ＧＰＲＳ、有線ブロードバンド、ＰｏｗｅｒＬｉｎｅネットワーキング等のような、より大型のネットワーク又は遠隔測定アップリンク３１２に接続することができる。
【００８６】
各パイル１０に関する履歴寿命情報（ダイナミックな設置の詳細／結果を含む）がパイル１０から論理的に転送されることで、先端センサパッケージ１６ｂが長期監視を提供できるようになっている。
【００８７】
パイル１０を長期監視する目的でドライブからアップロードされた全ての遠隔測定情報が遠隔中央レポジトリにて維持され、再考、監視、報告に使用される。
【００８８】
このシステムはまた、所与の無線の一意のアドレス指定情報を保持する手段を提供する。これは、上記情報をセンサアドレスＩＤに論理的にリンク付けするか、あるいは交換用ネットワーク化された監視ノード３１４のバックボーンＩＤと交換された無線ＩＤを同期又はマッピングする別の手段によって行うことが好ましい。
【００８９】
パイル１０用の低電力差分信号を使用することで、ネットワーク化された監視ノード３１４の接続性への電流パイルセンサ（１つ以上）１２２、１２４が達成される。デジタル信号構造は、無線及び材料の干渉への高い耐性を有しながら、干渉の機会を全て排除し、無線／監視モジュールをトランスデューサ転送機能から断絶する能力により優れている。本発明によれば、デジタルバス構造はシステム内で使用される全てのセンサに用いられる。この構成では、
−センサの詳細及びキャリブレーション情報が先端センサの調整電子機器に保持され、デジタルバスは、センサキャリブレーション、センサデータ、全てのＮＶＲＡＭコンテンツを通信する手段を提供し、
−複数の計器と様々な一意識別された計器タイプが、１つの物理的に配線されたバックボーンを共用できるようにする共用バスを使用し、
−高速かつ電力効率的なバスプロトコルを使用して、各計器からのデータ量を指示し、
−高性能なプラグアンドプレイシステムを使用することで、複数の計器構成を使用し、設置された計器に基づいて自動識別及び自己構成を実行できるようにし、
−無線／監視モジュール６０を取り外す必要がある場合には、交換用のネットワーク化された監視モジュール３１４により繰り返し使用される先端センサ１６ｂ電子機器を設けた電子機器（例えばＮＶＲＡＭ）によって、計器とパイル１０の寿命履歴との構成／キャリブレーションが維持又は反映される。
【００９０】
本発明は、最終的なパイル構成に関係なく、先端計器データと、調整電子機器ＮＶＲＡＭに記憶されたデータとによって長期監視機能を提供するものである。ネットワーク化された監視ノード３１４がキャップ３５０内に封入されていることに加え、ひずみ計及び別のセンサをキャップ３５０内に配置し、さらに、キャップ計器及びセンサのネットワークノードに接続することも可能である。この接続をゲートウェイ３１２で行えば、キャップデータを捕獲して、パイルデータと共に送信できるようになる。例えば、図３５に示すキャップ３５０に配置したピア又は路床のような、より多くの構造を監視するためのさらなる監視機能を提供することもできる。これら追加的な監視機能は、自己適合型のネットワーク機能を設けたノードを提供することによって達成できる。したがって、以降で詳細に説明する基本パイル監視システム上に構築した積層可能なネットワークトポロジーを使用することで、所与の構造内の全ての要素を監視することが可能になる。これにより、パイルセンサがキャップ内の他のセンサと配線され、次にこれがピア内の別のセンサと配線され、次に路床内の別のセンサと配線されて、最終的に部分的又は完全に統合された構造（記述した構成要素及び／又は他の構造構成要素のうち１つ以上を含む）に遠隔測定アップリンクを介してデータを提供する、システム又は構造が提供される。
【００９１】
次に図３６を参照すると、本発明によるパイルのパイル貫通度と、最終的には耐負荷能力とを決定できる向上した手段が提供されている。コンクリートパイルのパイル貫通度（及び最終的な能力）決定する電流手段には、パイルの一側部に手動でマーキングを行う工程と、ハンマーによるパイル打撃のカウントと（サクシメータ（ｓａｘｉｍｅｔｅｒ）を使用してカウントする）、及び上昇基準マーカを通過して移動するマークの動作／貫通の記録を担当する検査官とが関与する。この工程では、駆動行程全体を通して労力と作業員が必要である。本発明は、ハンマーによる打撃を、パイル１０内で設定閾値を超えた計器１２２、１２４の励起によって内部で、又は受信した信号から自動的かつ正確にカウントし、これを、パイルワークステーション（ＳＰＷ）３２０のような追跡／監視装置によって解釈し、次にこれを、以降で説明する高さを感知するパイル貫通システムとインターフェースさせ、打撃カウントを追跡し（内部的又は外部的）、変位毎の打撃数を計算し、パイル駆動中に収集したダイナミックデータと同期させ、また、検査官に駆動を制御させるために情報をリアルタイムで通信し、パイル負荷能力データをリアルタイムで提供する。上記のパイルワークステーション（ＳＰＷ）３２０は中心に設置されたシステム制御装置であり、パイル１０内のセンサ及び計器からリアルタイムの駆動データを収集するものである。
【００９２】
本発明によるパイル１０の変位の追跡は、数種ある方法のうちの１つによって実施できる。
【００９３】
第１の方法は、レーザレーダ（ｌａｓｅｒ ｌｉｄａｒ）「飛行時間」と三角測量概念を利用してＳＰＷ３２０を結合する。この構成では、レーザレーダシステム３２２は、直角三角形Ａの隣接した側部を決定するために、直立したパイル１０に関連した基準高さに投射する第１の投射レベルにある。次に、直角三角形の関連する斜辺Ｃを決定するために、このレーダシステム３２２を、直立パイルの表面にかけて上方へ旋回させて、パイル１０の頂部付近にある基準点３２４に到達させる。パイル１０の基準高さ以上の垂直高さは、基準高さから、頂部から既知の距離Ｘだけ下がった場所にある基準点３２４までの距離Ｂに基づく。パイル１０の全体長さＬと、ダイナミックに算出した距離Ｂ及び距離Ｘがわかったため、基準高さの下のパイル貫通度Ｐも簡単に計算することができる。高さの変化は、Ｃの変化に基づいて容易に求めることができる。
【００９４】
パイル１０の頂部における基準マーカ３２４は、直立パイルの場合における自動垂直追跡と、（モータ駆動式サーボ制御システムによる）レーダヘッド（ｌｉｄａｒ ｈｅａｄ）の旋回による自己整列調整とを促進するために作製されている。逆反射光線又は鏡を取り付けた物体を使用できる。
【００９５】
レーダシステム３２２は、基準マーカ３２４にロックすることで、パイルの駆動に従った基準マーカターゲットの下方移動を連続的に補正する。このシステムは、リアルタイムで計算したパイル高さＢの生データ、又は計算したパイル貫通度Ｐデータを、追跡監視装置ＳＰＷ３２０にダイナミックに提供する。これが、内部計器システムによって導出した打撃カウントと共に使用されて、１フィート毎の打撃数を計算／記録／追跡することで、完全に自動化された追跡が提供される。
【００９６】
あるいは、基準高さにて直立パイル（長さ）表面と直交する距離を入手した後に、レーダをパイル１０の頂部にある共通点に投射すると、基準マーカがハンマー又はキャップ上に位置する可能性がある。総パイル長さＬから、基準高さを超えて測定されたパイル高さ（三角測量で求めたもの）を減算することで、パイル貫通度が連続的に求められる。好ましくは走査システムの垂直再配置（垂直に延びたパイルの場合）を使用して、連続的に減少する高さを明らかにする。本システムでは、パイルを頂部から底部へスイープさせて、直立パイルの角度を求め、基準高さにおいてパイルと直交しない点へ投射を行い、この後、既知の三角法技術を用いて必要なデータを求めることもできる。これをＳＰＷ３２０と結合させれば、検査官がパイル駆動データを物理的に収集する必要性を省くことができる。ＳＰＷ３２０は、打撃数をカウント及び追跡し、このデータをパイル貫通度データに対して同期させて、算出したパイル貫通度Ｐに基づき変位毎の打撃数を計算する。
【００９７】
あるいは、赤外線（ＩＲ）ベースのセンサ飛行時間カメラを使用して、ハンマー又はパイル上の所定点の重心を検出及び参照することができる。これには、熱像を使用したパイルクッションを例に挙げることができる。これに加え、３次元画像感知とパターン認識を使用したカメラシステムを旋回させてターゲット識別装置として使用し、上述のレーダヘッドの代わりとすることもできる。
【００９８】
図３７に示すように、被駆動パイルの貫通深度を求める第２の方法は、気圧高度計を使用する。２つの気圧高度計３４０、３４２が、気圧と高度の２つの測定値を提供する。一般的に、高度を測定する場合、気圧高度計がキャリブレーション後の短い時間にわたって使用され、さらに、気候パターンの変化によって生じた気圧変化をなくすために、定期的に再キャリブレーションを行う。いくつかのシステムでは、違いは気圧であると知った上で、ＧＰＳ衛星から高度情報を取得することでこれを行う。本発明によれば、パイル１０又はハンマーあるいはキャップ（スタンドアロン通信状態）にデジタル式気圧高度計３４０を取り付け、好ましくは電子モジュールのハウジング６１に取り外し可能に取り付け、さらに、無線のデジタルチャネルのうち１つにインターフェースさせている。次に、パイル又はハンマーに取り付けた高度計３４０から送信されたデータを、これよりも低い、例えば前出のパイル深度マーカーストリングのような固定基準高さ（又はこれ以外の既知の高さ）に取り付けた別の気圧高度計３４２からのものと差動比較することで、高さＢを決定する。高度３４０、３４２の出力を測定することで、方程式から共通モード又は絶対気圧を差動効果的に除去し、駆動行程中における純粋な差動局所高度又は相対気圧の読み出しが提供される。上述のものと類似の方法で両方の高度計３４０、３４２から信号を受信する監視装置３４４が生データを収集するのが好ましい。高さが高度計によって供給されるか、又はＳＰＷ３２０内で計算される。好ましくは、高度計３４０、３４２は、公差エラーをなくすために使用される前に、同じ高さで相互に対してキャリブレートされる。高度計３４０、３４２から行う通信は、場所によって、無線又は有線接続を用いた監視装置３４４への通信、及び／又は、パイルに取り付けた高度計３４０用の無線／アンテナアセンブリ６０を用いた、及び基準高さ高度計３４２からの別の有線又は無線接続を用いた、ＳＰＷ３２０との直接通信であってよい。作業現場では、底部高度計３４２が基準高さに維持される限りこれをパイル１０から離して配置することができる。
【００９９】
これらのアプローチでは、パイルが重力と共線的に駆動されると仮定しているが、角度付けされたパイルの場合には、傾斜計と三角測量を使用して修正及び調整を加えることができる。高い横方向への負荷を受けるパイルの場合、最大４５°の角度で駆動することが一般的である（斜杭）。この場合は、傾斜計を使用して補正角度を求め、周知の三角法を使用して貫通深度を計算する。
【０１００】
本発明の好ましい実施形態を詳細に説明してきたが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、単純に例証として考慮されるべきである。さらに、本発明の修正及び拡張の展開も可能であり、このような修正は全て添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲内に包括されると考えられる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…パイル、１２…ストランド、１４…パイルフォーム、１６…複数のセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線監視機能を装備したパイルを形成する方法であって、
パイルフォーム内部に複数のストランドを配置することと、
センサパッケージの複数のセンサをパイルの核範囲内に配置するように、前記ストランド間にセンサパッケージを挿入することと、
前記フォーム内に複数のアンテナを、アンテナが前記パイルの頂部付近における少なくとも２つの側部と、前記アンテナに関連した少なくとも１つの無線送信機とに位置されるように、配置することと、
前記センサパッケージを、ワイヤ又はケーブルを使用して、前記アンテナのうち少なくとも１つに接続することと、
前記センサパッケージと前記アンテナを組み込むように、前記パイルフォーム内でコンクリートを成型することと、
を具備する方法。
【請求項２】
前記パイルフォーム内にほぼ垂直に挿入され、少なくとも２つの対向したストランドと係合しているばね負荷型クランプアセンブリを使用して、前記センサパッケージを適所に固定することをさらに具備する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
相互に接続した上方Ｕ字型フレームと下方Ｕ字型フレームとを有する前記ばね負荷型支持アセンブリを提供することであって、前記フレームのそれぞれには少なくとも１つのフック部材が、前記パイルストランドと係合するために配置されていることと、
前記Ｕ字型フレームの少なくとも１つと接続された、前記センサを受容するための搬送用そりと、
をさらに具備する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記センサの取り付け板を提供することと、
前記センサを前記取り付け板に付着し、前記取り付け板を搬送そりに付着することと、
をさらに具備する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記フック部材の少なくとも１つは、ばね材で形成されている、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記センサは、少なくとも１つのひずみ計と加速度計とを備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記センサパッケージは、第１のセンサパッケージと第２のセンサパッケージとを備え、前記方法はさらに、
第１のセンサパッケージを、形成中の前記パイルの先端付近の場所に配置することと、
前記第２のセンサパッケージを、形成中の前記パイルの頂部付近に配置することとを具備し、前記両方のセンサパッケージは、前記アンテナのうち少なくとも１つに接続している、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のセンサパッケージと、前記パイルの頂部にある前記アンテナのうち少なくとも１つとの間に管を配置することと、
前記管の先端部に、余分なワイヤ又はケーブル用の容器チャンバを提供することと、
前記容器から上方へ引き出すことができる余分なワイヤ又はケーブルを、前記容器内に提供することと、
をさらに具備する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記センサパッケージに関連した調整電子機器を提供することをさらに具備する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
コンクリート構造内に湿式設置されるアンテナアセンブリであって、
少なくともλ／４の長さを有するアンテナと、
このアンテナから約λ／４〜λ／６の位置に配置された少なくとも１つの壁を有し、前記アンテナが内設される空洞を形成する反射装置と、
この反射装置と前記アンテナとの上にかけて配置されたフラットカバーと、
を具備するアンテナ。
【請求項１１】
前記反射装置は、相互に対して約９０〜１２０°の角度で配置された２つの角度付けした壁を有し、前記壁の対向した開放端部には端部キャップが配置されて前記空洞を画定しており、
前記端部キャップの開口部を通って中空管が延びており、前記中空管の一端にはキャップが配置されており、別の一端からは前記アンテナが前記中空管内に延びており、
プラグが前記アンテナの端部を包囲し、前記アンテナを前記中空管及び電子機器ハウジングに対して密封しており、
前記ハウジングは取り外し可能なカバーを有し、
前記フラットカバーと前記ハウジングカバーは、コンクリート構造の表面に適合される共通の平面に延びている、請求項１０に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１２】
前記ハウジングカバーの円周周囲と、前記ハウジング側部の近接した部分とに配置された発泡ガスケットをさらに具備する、請求項１１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１３】
前記アンテナは、前記空洞内に受容された位置から、前記アンテナが前記空洞外へと延びる展開位置へ移動することができる、請求項１０に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１４】
前記アンテナを前記空洞内に支持するための発泡ブロックをさらに具備する、請求項１０に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１５】
コンクリート構造内の複数のストランド間に少なくとも１つのセンサを配置するための垂下アセンブリであって、
相互に接続している第１のＵ字型フレームと第２のＵ字型フレームと、
これらＵ字型フレームのそれぞれに互いに反対側を向いた状態で配置され、コンクリート構造の対向する補強ストランド又は棒と係合するようになっている少なくとも１つのフックと、
少なくとも１つの計器を支持するために前記フレームに付着された滑動可能な搬送部と、
を具備する垂下アセンブリ。
【請求項１６】
前記フックの少なくとも１つがばね材で形成されている、請求項１５に記載の垂下アセンブリ。
【請求項１７】
前記第１のＵ字型フレームと第２のＵ字型フレームとは、相互に離れるようにばね付勢されており、
前記滑動可能な搬送部を前記Ｕ字型フレーム上に中心決めするために、中心決めばねが前記滑動可能な搬送部と前記フレームの間に延びており、前記滑動可能な搬送部は、センサを付着するための設備を含んでいる、請求項１５に記載の垂下アセンブリ。
【請求項１８】
前記滑動可能な搬送部の内部、又はこれに接続している取り付け板の内部に配置されている第１のセンサハウジングと重ね合わせるための、少なくとも２つの対向したＶ字型の側壁を設けた第１の開口部と、
前記滑動可能な搬送部内部、又はこれに接続している前記取り付け板内部に画定された、第２のセンサのための第２の開口部と、
をさらに具備する、請求項１５に記載の垂下アセンブリ。
【請求項１９】
パイルを監視する方法であって、
センサをパイルの核範囲内に配置するために、複数のストランド間にセンサパッケージを挿入する、又はパイルフォーム内に補強材を挿入することと、
前記パイルを成型することと、
前記パイルを駆動し、この駆動中に前記センサパッケージからデータを取得することと、
前記駆動中に前記センサパッケージから取得したデータの監視、駆動パラメータを前記パイルに適合させるための前記駆動中におけるデータの監視及び使用のうち、少なくとも１つと、
を具備する方法。
【請求項２０】
前記パイルを、前記センサパッケージに接続されているネットワーク化された監視ノードで改良することと、
所与のパイルの一意アドレス情報を、センサパッケージアドレスＩＤを論理的にリンクさせることによって保持することと、
前記ノードを、長期監視のためのデータ送信用外部ゲートウェイに接続することと、
をさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記パイル内に配置されたメモリにパイルデータを記憶させることをさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記駆動の後に前記頂部切断したパイルについて、余分なワイヤ又はケーブルをワイヤ容器から引き出して、先端ワイヤ又はケーブル容器付近へ移動させ、先端センサパッケージを前記ネットワーク化された監視ノードに接続することをさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記パイルにてＧＰＳを提供することと、
前記パイルのための場所を取得することと、
前記ＧＰＳを使用して前記場所の土の性質を取得することと、
をさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
センサパッケージを装備した温度センサを提供することと、
前記センサパッケージからの温度データを使用して、前記パイルの硬化を監視することと、
をさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記パイル内に無線／アンテナアセンブリを配置することと、
前記パイルからのデータを送信することと、
をさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記パイル内に書き換え可能メモリを提供することと、
この書き換え可能メモリにデータを記憶及び更新することと、
をさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
パイル駆動データを自動追跡する方法であり、
パイル内の加速度計とひずみ計のうち少なくとも一方を含むセンサパッケージから送信されたデータによって、多数の打撃を追跡することと、
前記パイルの頂部にある基準マーカを追跡するレーザレーダを使用して、又は、前記パイルの頂部に配置した高度計と基準高さとの間の差動気圧によって、基準高さを超えたパイルの高さを追跡することと、
を具備する方法。
【請求項１】
無線監視機能を装備したパイルを形成する方法であって、
パイルフォーム内部に複数のストランドを配置することと、
センサパッケージの複数のセンサをパイルの核範囲内に配置するように、前記ストランド間にセンサパッケージを挿入することと、
前記フォーム内に複数のアンテナを、アンテナが前記パイルの頂部付近における少なくとも２つの側部と、前記アンテナに関連した少なくとも１つの無線送信機とに位置されるように、配置することと、
前記センサパッケージを、ワイヤ又はケーブルを使用して、前記アンテナのうち少なくとも１つに接続することと、
前記センサパッケージと前記アンテナを組み込むように、前記パイルフォーム内でコンクリートを成型することと、
を具備する方法。
【請求項２】
前記パイルフォーム内にほぼ垂直に挿入され、少なくとも２つの対向したストランドと係合しているばね負荷型クランプアセンブリを使用して、前記センサパッケージを適所に固定することをさらに具備する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
相互に接続した上方Ｕ字型フレームと下方Ｕ字型フレームとを有する前記ばね負荷型支持アセンブリを提供することであって、前記フレームのそれぞれには少なくとも１つのフック部材が、前記パイルストランドと係合するために配置されていることと、
前記Ｕ字型フレームの少なくとも１つと接続された、前記センサを受容するための搬送用そりと、
をさらに具備する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記センサの取り付け板を提供することと、
前記センサを前記取り付け板に付着し、前記取り付け板を搬送そりに付着することと、
をさらに具備する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記フック部材の少なくとも１つは、ばね材で形成されている、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記センサは、少なくとも１つのひずみ計と加速度計とを備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記センサパッケージは、第１のセンサパッケージと第２のセンサパッケージとを備え、前記方法はさらに、
第１のセンサパッケージを、形成中の前記パイルの先端付近の場所に配置することと、
前記第２のセンサパッケージを、形成中の前記パイルの頂部付近に配置することとを具備し、前記両方のセンサパッケージは、前記アンテナのうち少なくとも１つに接続している、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のセンサパッケージと、前記パイルの頂部にある前記アンテナのうち少なくとも１つとの間に管を配置することと、
前記管の先端部に、余分なワイヤ又はケーブル用の容器チャンバを提供することと、
前記容器から上方へ引き出すことができる余分なワイヤ又はケーブルを、前記容器内に提供することと、
をさらに具備する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記センサパッケージに関連した調整電子機器を提供することをさらに具備する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
コンクリート構造内に湿式設置されるアンテナアセンブリであって、
少なくともλ／４の長さを有するアンテナと、
このアンテナから約λ／４〜λ／６の位置に配置された少なくとも１つの壁を有し、前記アンテナが内設される空洞を形成する反射装置と、
この反射装置と前記アンテナとの上にかけて配置されたフラットカバーと、
を具備するアンテナ。
【請求項１１】
前記反射装置は、相互に対して約９０〜１２０°の角度で配置された２つの角度付けした壁を有し、前記壁の対向した開放端部には端部キャップが配置されて前記空洞を画定しており、
前記端部キャップの開口部を通って中空管が延びており、前記中空管の一端にはキャップが配置されており、別の一端からは前記アンテナが前記中空管内に延びており、
プラグが前記アンテナの端部を包囲し、前記アンテナを前記中空管及び電子機器ハウジングに対して密封しており、
前記ハウジングは取り外し可能なカバーを有し、
前記フラットカバーと前記ハウジングカバーは、コンクリート構造の表面に適合される共通の平面に延びている、請求項１０に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１２】
前記ハウジングカバーの円周周囲と、前記ハウジング側部の近接した部分とに配置された発泡ガスケットをさらに具備する、請求項１１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１３】
前記アンテナは、前記空洞内に受容された位置から、前記アンテナが前記空洞外へと延びる展開位置へ移動することができる、請求項１０に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１４】
前記アンテナを前記空洞内に支持するための発泡ブロックをさらに具備する、請求項１０に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１５】
コンクリート構造内の複数のストランド間に少なくとも１つのセンサを配置するための垂下アセンブリであって、
相互に接続している第１のＵ字型フレームと第２のＵ字型フレームと、
これらＵ字型フレームのそれぞれに互いに反対側を向いた状態で配置され、コンクリート構造の対向する補強ストランド又は棒と係合するようになっている少なくとも１つのフックと、
少なくとも１つの計器を支持するために前記フレームに付着された滑動可能な搬送部と、
を具備する垂下アセンブリ。
【請求項１６】
前記フックの少なくとも１つがばね材で形成されている、請求項１５に記載の垂下アセンブリ。
【請求項１７】
前記第１のＵ字型フレームと第２のＵ字型フレームとは、相互に離れるようにばね付勢されており、
前記滑動可能な搬送部を前記Ｕ字型フレーム上に中心決めするために、中心決めばねが前記滑動可能な搬送部と前記フレームの間に延びており、前記滑動可能な搬送部は、センサを付着するための設備を含んでいる、請求項１５に記載の垂下アセンブリ。
【請求項１８】
前記滑動可能な搬送部の内部、又はこれに接続している取り付け板の内部に配置されている第１のセンサハウジングと重ね合わせるための、少なくとも２つの対向したＶ字型の側壁を設けた第１の開口部と、
前記滑動可能な搬送部内部、又はこれに接続している前記取り付け板内部に画定された、第２のセンサのための第２の開口部と、
をさらに具備する、請求項１５に記載の垂下アセンブリ。
【請求項１９】
パイルを監視する方法であって、
センサをパイルの核範囲内に配置するために、複数のストランド間にセンサパッケージを挿入する、又はパイルフォーム内に補強材を挿入することと、
前記パイルを成型することと、
前記パイルを駆動し、この駆動中に前記センサパッケージからデータを取得することと、
前記駆動中に前記センサパッケージから取得したデータの監視、駆動パラメータを前記パイルに適合させるための前記駆動中におけるデータの監視及び使用のうち、少なくとも１つと、
を具備する方法。
【請求項２０】
前記パイルを、前記センサパッケージに接続されているネットワーク化された監視ノードで改良することと、
所与のパイルの一意アドレス情報を、センサパッケージアドレスＩＤを論理的にリンクさせることによって保持することと、
前記ノードを、長期監視のためのデータ送信用外部ゲートウェイに接続することと、
をさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記パイル内に配置されたメモリにパイルデータを記憶させることをさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記駆動の後に前記頂部切断したパイルについて、余分なワイヤ又はケーブルをワイヤ容器から引き出して、先端ワイヤ又はケーブル容器付近へ移動させ、先端センサパッケージを前記ネットワーク化された監視ノードに接続することをさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記パイルにてＧＰＳを提供することと、
前記パイルのための場所を取得することと、
前記ＧＰＳを使用して前記場所の土の性質を取得することと、
をさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
センサパッケージを装備した温度センサを提供することと、
前記センサパッケージからの温度データを使用して、前記パイルの硬化を監視することと、
をさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記パイル内に無線／アンテナアセンブリを配置することと、
前記パイルからのデータを送信することと、
をさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記パイル内に書き換え可能メモリを提供することと、
この書き換え可能メモリにデータを記憶及び更新することと、
をさらに具備する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
パイル駆動データを自動追跡する方法であり、
パイル内の加速度計とひずみ計のうち少なくとも一方を含むセンサパッケージから送信されたデータによって、多数の打撃を追跡することと、
前記パイルの頂部にある基準マーカを追跡するレーザレーダを使用して、又は、前記パイルの頂部に配置した高度計と基準高さとの間の差動気圧によって、基準高さを超えたパイルの高さを追跡することと、
を具備する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４Ａ】
【図３４Ｂ】
【図３４Ｃ】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４Ａ】
【図３４Ｂ】
【図３４Ｃ】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【公開番号】特開２０１１−３０２４２（Ｐ２０１１−３０２４２Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−２０２２６４（Ｐ２０１０−２０２２６４）
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【分割の表示】特願２００７−５２２８１９（Ｐ２００７−５２２８１９）の分割
【原出願日】平成１７年７月２５日（２００５．７．２５）
【出願人】（５０７０２３３３７）スマート・ストラクチャーズ・インコーポレーテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０２２６４（Ｐ２０１０−２０２２６４）
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【分割の表示】特願２００７−５２２８１９（Ｐ２００７−５２２８１９）の分割
【原出願日】平成１７年７月２５日（２００５．７．２５）
【出願人】（５０７０２３３３７）スマート・ストラクチャーズ・インコーポレーテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
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