コンクリート構造物の非破壊診断方法と装置
【課題】硬質の物から発生した振動か或いは軟質の物から発生した振動かを判別し、コンクリート構造物の良否を判定する。
【解決手段】振動加速度センサー２と、信号の強さと信号の経過時間の関係についてフーリエ変換することにより、信号の強さと振動数の関係に置き換えてスペクトル化する中央演算処理装置７と、サンプリングデータ及び測定データ、スペクトル化した振動周波数などの各データを記憶するメモリー部８と、処理を指示するキースイッチ部９と、しきい値と比較してコンクリート構造物の良否を判定する合否判定部とからなる。
【解決手段】振動加速度センサー２と、信号の強さと信号の経過時間の関係についてフーリエ変換することにより、信号の強さと振動数の関係に置き換えてスペクトル化する中央演算処理装置７と、サンプリングデータ及び測定データ、スペクトル化した振動周波数などの各データを記憶するメモリー部８と、処理を指示するキースイッチ部９と、しきい値と比較してコンクリート構造物の良否を判定する合否判定部とからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート或いは無筋コンクリート等の構造物を破壊することなくそのコンクリートの良否を検査する非破壊診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物の様子を調べる方法には基本的に構造物を剥離、破壊する方法と全く構造物を無傷の状態で調べる非破壊方法の二つがある。ここで本発明と対比される手段は後者の非破壊による内部診断に関する先行例を以下に述べる。
【０００３】
打音検査物表面を打撃した際の振幅が最大となる振動数を測定し、当該振動数と打音検査物の理想固有振動数とを比較し、打音検査物の健全度を指数化する打音検査物の非破壊検査方法がある（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
又、コンクリート構造物を現地で打音方により検査して得られたデータや検査条件のデータを現地のコンクリート検査装置から現地事務所内の簡易データベースに送信して保存させる。受信した各データが一定量保存されたら一括して現地事務所内のコンピュータから統括センタ内のコンピュータ検査管理大型データベースへ送信する。各データーを受信した統括センター内のコンピュータが各データから補修診断を行って剥離検査計画スケジュールと補修対象表を作成して現地事務所内のコンピュータに送信するコンクリート構造物の検査方法とその方法を用いた検査装置がある（例えば特許文献２参照。）。
【０００５】
又、コンクリート表面を打撃して打音の発生をさせる打音発生手段と、発生した打音の採取をする打音採取手段と、採取した打音に基づいてコンクリートの健全度の評価をする健全度評価手段とを含むコンクリートの健全度評価装置であって、健全度評価手段は、打音の発生から減衰に至る過渡的現象のうち初期の段階における打音の強さの平均値を求め、求めた平均値とあらかじめ設定した基準値との比較により、コンクリートの健全度を評価をする方法及びその装置がある（例えば特許文献３参照。）。
【０００６】
更に打音装置の柄部に対応する円筒状のケーシングにマイクロホンを配置し、打音を補足し、帯域通過濾波器を介してスペクトラム変換して、表示装置にスペクトラム表示させる打音装置がある（例えば特許文献４参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３４０８６９（打音検査物の非破壊検査方法、非破壊検査装置及び品質管理方法）
【特許文献２】特開２００３−００４７１１（コンクリート構造物の検査方法及びその方法を用いた検査装置）
【特許文献３】特開２００３−０５７２１７（コンクリートの健全度評価方法及びその装置）
【特許文献４】特開２００３−０６６０１４（打音装置）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記従来の公知の特許文献には、測定の際重奏されている様々な打撃音の振動周波数を数値解析により分離して硬質の物から発生した振動か或いは軟質の物から発生した振動かを判断したり、或いは予めサンプリングした多くのデータを記憶してこれらのデータを高速演算処理して現場でしきい値を決定し、瞬時に合否の判定結果を出す手段は見られない。本発明の最も要旨とするところは係る問題点の解決を図る処にある。
【発明が解決するための手段】
【０００９】
振動加速度センサーと、振動加速度センサーにて検知した振動を電圧に変換する電圧増幅器と、出力増幅器とにより聴診器を構成し、聴診器から入力されるサンプリングデータや測定データ等の総ての情報の数値処理に必要なＡ／Ｄ変換器と、デジタル化した信号を収録するメモリー部と、収録した各信号についてフーリエ変換し周波数をスペクトル化することにより前記サンプリングデータからしきい値を決定すると共に、しきい値と測定データとを比較することにより合否を決定する合否判定部と、キースイッチ部からの指示内容に従ってデータを高速処理し瞬時に判定結果を導き出す中央演算処理装置とを主要部としてなる。
【００１０】
通常振動は振動数の多い波と、少ない波とその間に無数の波が一緒に重奏され、例えば音の場合、我々の耳では夫々の振動数の波が一緒に捉えられ、音質に大きく影響している。しかし、特定の振動数の音波のみを識別したり、或いは分離して聞き分けたりすることはできない。そこで本発明では、振動波形を数学的にフーリエ変換（三角級数）することにより合成振動を振動数に分解するものである。
【００１１】
図２（ａ）に示す振動波形のグラフは説明のため単純な正弦波を示しており縦方向に信号の強さ、横方向に信号の経過時間を示した周期５の規則正しいサインカーブである。これをフーリエ変換すると、図２（ｂ）に示すように縦方向には（ａ）と同様に信号の強さを表すが、横方向には（ａ）とは異なり振動数（周波数）を表す軸なり、周期５の位置で振動数がピークとなるグラフに変換される。
【００１２】
また、図３（ａ）は前記図２（ａ）と同様のグラフを示しているが、この場合異なるのは周期５と周期１０の二つの正弦波を合成した時の振動波形を示し、五個の繰り返し波形ではあるが正弦波ではなく歪波形と成っている。
【００１３】
そこで前記図２（ｂ）の場合と同様に図３（ａ）についてフーリエ変換すると、図３（ｂ）のように周期５と周期１０の位置で振動数のピークを示す振動数のグラフとなる。
しかし、実際のコンクリート構造物を現場で打診した時に生ずる振動はこのような単純な振動の合成波形ではなく、周期の異なる多数の振動が複雑に重奏している。
【発明の効果】
【００１４】
信号の強さと時間的変化との関係を、フーリエ変換することにより信号の強さと振動数の関係に変換することができ、高い周波数の振動と低い周波数の振動とがグラフ上で分離して判別可能となり、周波数の高い振動は堅い物から、また周波数の低い振動は柔らかい対象物（低密度物質）からとして特徴付けて処理することができる。
【００１５】
従って、コンクリート構造物を叩打して得られる打撃音を加速度センサーにて感知した時の振動周波数を数値解析しスペクトル化することにより、その部分の疎密の状況が明瞭に判明でき、しかもこれらの数値処理は多くの機能を組み込んだ中央演算処理装置により迅速な処理が可能となり、しかもこれらの検査は小型で可搬式の装置を検査現場へ持ち込んで実施され結果が瞬時に得られる特徴がある。
【００１６】
また、この装置は検査実施者に関係なく結果は全く変わらないこと。打撃の大小によっても影響を受けず安定している。その上、検査に必要な多機能を持っていて検査現場へも手軽く持ち込みが可能、結果が瞬時にして得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００１７】
振動加速度センサー１内に設置した感知センサー２を被測定物（コンクリート構造物）の表面に接触させ、別に用意したインパクトハンマー（特に形状は何れでも良いが実際には棒の先端に小球を付けたもの）でセンサー２の接触部周辺を複数カ所（通常５ヵ所）叩打し、その際生じた振動波を感知センサー２にて捉える。この信号にはハンマーが被測定物を叩打した時の衝撃振動だけでなく、これに起因する一次反射振動や二次反射振動その他の状態から生じる様々な振動が重奏されて見掛け上は一つの波形として現れる。
【００１８】
しかし、振動加速度センサー１の感知センサー２によって検出した振動波（波形）をチャージアンプ３により電圧に変換し、このままでは電圧は微弱なので伝送中に減衰するのを防止する為に増幅器４によって伝送し易い状態にまで増幅する。
【００１９】
次にケーブルを介して受信した信号は総てアナログ信号であるためこれをコンクリート診断器５内のＡ／Ｄ変換器６で様々な数値処理に適したデジタル信号に変換した後、感知センサー２にて得られたサンプリングデータ、測定データ等の総ての情報を中央演算処理装置７のメモリー部８で記憶し、更にメモリー部８で記憶したデータの振動強さと時間の関係を中央演算処理装置７でフーリエ変換して振動数のスペクトル化を行う。
【００２０】
また、メモリー部８に記憶したサンプリングデータから合否判定の基準となるしきい値を設定すると共に、中央演算処理装置７の合否判定部１１ではこのしきい値と測定データとをキースイッチ９からの指示に従って処理することによりコンクリート構造物の合否の判定を行い且つ表示器１０を見て確認する。これと同時に合否判定結果について合否表示部１２において正常・異常・注意の三段ランクに識別して夫々カラーランプで表示し、特に不適切な時は危険を知らせるブザーにて警報を発信するようにしている。
【００２１】
尚、図中符号１３はインターフェイスで外部の表示装置１４へ中継接続するための装置である。図４は測定データの振動波形をフーリエ変換したもので、図５は振動周波数をスペクトル化した状態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明装置の構成を示すブロック図
【図２】５周期の正弦波とそのフーリエ変換後の波形グラフ
【図３】５周期と１０周期の正弦波からなる歪波とフーリエ変換後の波形グラフ
【図４】測定データのフーリエ変換後波形
【図５】振動数をスペクトル化したものグラフ
【符号の説明】
【００２３】
１ 振動加速度センサー
２ 感知センサー
７ 中央演算処理装置
８ メモリー部
９ キースイッチ部
１１ 合否判定部
１２ 合否表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート或いは無筋コンクリート等の構造物を破壊することなくそのコンクリートの良否を検査する非破壊診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物の様子を調べる方法には基本的に構造物を剥離、破壊する方法と全く構造物を無傷の状態で調べる非破壊方法の二つがある。ここで本発明と対比される手段は後者の非破壊による内部診断に関する先行例を以下に述べる。
【０００３】
打音検査物表面を打撃した際の振幅が最大となる振動数を測定し、当該振動数と打音検査物の理想固有振動数とを比較し、打音検査物の健全度を指数化する打音検査物の非破壊検査方法がある（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
又、コンクリート構造物を現地で打音方により検査して得られたデータや検査条件のデータを現地のコンクリート検査装置から現地事務所内の簡易データベースに送信して保存させる。受信した各データが一定量保存されたら一括して現地事務所内のコンピュータから統括センタ内のコンピュータ検査管理大型データベースへ送信する。各データーを受信した統括センター内のコンピュータが各データから補修診断を行って剥離検査計画スケジュールと補修対象表を作成して現地事務所内のコンピュータに送信するコンクリート構造物の検査方法とその方法を用いた検査装置がある（例えば特許文献２参照。）。
【０００５】
又、コンクリート表面を打撃して打音の発生をさせる打音発生手段と、発生した打音の採取をする打音採取手段と、採取した打音に基づいてコンクリートの健全度の評価をする健全度評価手段とを含むコンクリートの健全度評価装置であって、健全度評価手段は、打音の発生から減衰に至る過渡的現象のうち初期の段階における打音の強さの平均値を求め、求めた平均値とあらかじめ設定した基準値との比較により、コンクリートの健全度を評価をする方法及びその装置がある（例えば特許文献３参照。）。
【０００６】
更に打音装置の柄部に対応する円筒状のケーシングにマイクロホンを配置し、打音を補足し、帯域通過濾波器を介してスペクトラム変換して、表示装置にスペクトラム表示させる打音装置がある（例えば特許文献４参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３４０８６９（打音検査物の非破壊検査方法、非破壊検査装置及び品質管理方法）
【特許文献２】特開２００３−００４７１１（コンクリート構造物の検査方法及びその方法を用いた検査装置）
【特許文献３】特開２００３−０５７２１７（コンクリートの健全度評価方法及びその装置）
【特許文献４】特開２００３−０６６０１４（打音装置）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記従来の公知の特許文献には、測定の際重奏されている様々な打撃音の振動周波数を数値解析により分離して硬質の物から発生した振動か或いは軟質の物から発生した振動かを判断したり、或いは予めサンプリングした多くのデータを記憶してこれらのデータを高速演算処理して現場でしきい値を決定し、瞬時に合否の判定結果を出す手段は見られない。本発明の最も要旨とするところは係る問題点の解決を図る処にある。
【発明が解決するための手段】
【０００９】
振動加速度センサーと、振動加速度センサーにて検知した振動を電圧に変換する電圧増幅器と、出力増幅器とにより聴診器を構成し、聴診器から入力されるサンプリングデータや測定データ等の総ての情報の数値処理に必要なＡ／Ｄ変換器と、デジタル化した信号を収録するメモリー部と、収録した各信号についてフーリエ変換し周波数をスペクトル化することにより前記サンプリングデータからしきい値を決定すると共に、しきい値と測定データとを比較することにより合否を決定する合否判定部と、キースイッチ部からの指示内容に従ってデータを高速処理し瞬時に判定結果を導き出す中央演算処理装置とを主要部としてなる。
【００１０】
通常振動は振動数の多い波と、少ない波とその間に無数の波が一緒に重奏され、例えば音の場合、我々の耳では夫々の振動数の波が一緒に捉えられ、音質に大きく影響している。しかし、特定の振動数の音波のみを識別したり、或いは分離して聞き分けたりすることはできない。そこで本発明では、振動波形を数学的にフーリエ変換（三角級数）することにより合成振動を振動数に分解するものである。
【００１１】
図２（ａ）に示す振動波形のグラフは説明のため単純な正弦波を示しており縦方向に信号の強さ、横方向に信号の経過時間を示した周期５の規則正しいサインカーブである。これをフーリエ変換すると、図２（ｂ）に示すように縦方向には（ａ）と同様に信号の強さを表すが、横方向には（ａ）とは異なり振動数（周波数）を表す軸なり、周期５の位置で振動数がピークとなるグラフに変換される。
【００１２】
また、図３（ａ）は前記図２（ａ）と同様のグラフを示しているが、この場合異なるのは周期５と周期１０の二つの正弦波を合成した時の振動波形を示し、五個の繰り返し波形ではあるが正弦波ではなく歪波形と成っている。
【００１３】
そこで前記図２（ｂ）の場合と同様に図３（ａ）についてフーリエ変換すると、図３（ｂ）のように周期５と周期１０の位置で振動数のピークを示す振動数のグラフとなる。
しかし、実際のコンクリート構造物を現場で打診した時に生ずる振動はこのような単純な振動の合成波形ではなく、周期の異なる多数の振動が複雑に重奏している。
【発明の効果】
【００１４】
信号の強さと時間的変化との関係を、フーリエ変換することにより信号の強さと振動数の関係に変換することができ、高い周波数の振動と低い周波数の振動とがグラフ上で分離して判別可能となり、周波数の高い振動は堅い物から、また周波数の低い振動は柔らかい対象物（低密度物質）からとして特徴付けて処理することができる。
【００１５】
従って、コンクリート構造物を叩打して得られる打撃音を加速度センサーにて感知した時の振動周波数を数値解析しスペクトル化することにより、その部分の疎密の状況が明瞭に判明でき、しかもこれらの数値処理は多くの機能を組み込んだ中央演算処理装置により迅速な処理が可能となり、しかもこれらの検査は小型で可搬式の装置を検査現場へ持ち込んで実施され結果が瞬時に得られる特徴がある。
【００１６】
また、この装置は検査実施者に関係なく結果は全く変わらないこと。打撃の大小によっても影響を受けず安定している。その上、検査に必要な多機能を持っていて検査現場へも手軽く持ち込みが可能、結果が瞬時にして得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００１７】
振動加速度センサー１内に設置した感知センサー２を被測定物（コンクリート構造物）の表面に接触させ、別に用意したインパクトハンマー（特に形状は何れでも良いが実際には棒の先端に小球を付けたもの）でセンサー２の接触部周辺を複数カ所（通常５ヵ所）叩打し、その際生じた振動波を感知センサー２にて捉える。この信号にはハンマーが被測定物を叩打した時の衝撃振動だけでなく、これに起因する一次反射振動や二次反射振動その他の状態から生じる様々な振動が重奏されて見掛け上は一つの波形として現れる。
【００１８】
しかし、振動加速度センサー１の感知センサー２によって検出した振動波（波形）をチャージアンプ３により電圧に変換し、このままでは電圧は微弱なので伝送中に減衰するのを防止する為に増幅器４によって伝送し易い状態にまで増幅する。
【００１９】
次にケーブルを介して受信した信号は総てアナログ信号であるためこれをコンクリート診断器５内のＡ／Ｄ変換器６で様々な数値処理に適したデジタル信号に変換した後、感知センサー２にて得られたサンプリングデータ、測定データ等の総ての情報を中央演算処理装置７のメモリー部８で記憶し、更にメモリー部８で記憶したデータの振動強さと時間の関係を中央演算処理装置７でフーリエ変換して振動数のスペクトル化を行う。
【００２０】
また、メモリー部８に記憶したサンプリングデータから合否判定の基準となるしきい値を設定すると共に、中央演算処理装置７の合否判定部１１ではこのしきい値と測定データとをキースイッチ９からの指示に従って処理することによりコンクリート構造物の合否の判定を行い且つ表示器１０を見て確認する。これと同時に合否判定結果について合否表示部１２において正常・異常・注意の三段ランクに識別して夫々カラーランプで表示し、特に不適切な時は危険を知らせるブザーにて警報を発信するようにしている。
【００２１】
尚、図中符号１３はインターフェイスで外部の表示装置１４へ中継接続するための装置である。図４は測定データの振動波形をフーリエ変換したもので、図５は振動周波数をスペクトル化した状態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明装置の構成を示すブロック図
【図２】５周期の正弦波とそのフーリエ変換後の波形グラフ
【図３】５周期と１０周期の正弦波からなる歪波とフーリエ変換後の波形グラフ
【図４】測定データのフーリエ変換後波形
【図５】振動数をスペクトル化したものグラフ
【符号の説明】
【００２３】
１ 振動加速度センサー
２ 感知センサー
７ 中央演算処理装置
８ メモリー部
９ キースイッチ部
１１ 合否判定部
１２ 合否表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号の強さと信号の経過時間の関係についてフーリエ変換することにより、信号の強さと振動数の関係に置き換えてスペクトル化し、センサーによって検知したサンプリングデータによってしきい値を設定し、しきい値と測定データとを比較することによりコンクリート構造物の良否を判別するようにしたことを特徴とするコンクリート構造物の非破壊診断方法
【請求項２】
振動加速度センサーと、信号の強さと信号の経過時間との関係についてフーリエ変換することにより、信号の強さと振動数の関係に置き換えてスペクトル化する中央演算処理装置と、サンプリングデータ及び測定データ、スペクトル化した振動周波数などの各データを記憶するメモリー部と、中央演算処理装置に数値処理を指示するキースイッチ部と、測定データをしきい値と比較してコンクリート構造物の良否を決定する合否判定部とからなることを特徴とするコンクリート構造物の非破壊診断装置
【請求項１】
信号の強さと信号の経過時間の関係についてフーリエ変換することにより、信号の強さと振動数の関係に置き換えてスペクトル化し、センサーによって検知したサンプリングデータによってしきい値を設定し、しきい値と測定データとを比較することによりコンクリート構造物の良否を判別するようにしたことを特徴とするコンクリート構造物の非破壊診断方法
【請求項２】
振動加速度センサーと、信号の強さと信号の経過時間との関係についてフーリエ変換することにより、信号の強さと振動数の関係に置き換えてスペクトル化する中央演算処理装置と、サンプリングデータ及び測定データ、スペクトル化した振動周波数などの各データを記憶するメモリー部と、中央演算処理装置に数値処理を指示するキースイッチ部と、測定データをしきい値と比較してコンクリート構造物の良否を決定する合否判定部とからなることを特徴とするコンクリート構造物の非破壊診断装置
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２０４２５（Ｐ２００８−２０４２５Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１６２２６（Ｐ２００６−２１６２２６）
【出願日】平成１８年７月１０日（２００６．７．１０）
【出願人】（５００３７０７０２）株式会社マルイ (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１０日（２００６．７．１０）
【出願人】（５００３７０７０２）株式会社マルイ (11)
【Ｆターム（参考）】
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