充填物検知方法及び充填物検知装置
【課題】センサ素子４の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる充填物検知方法及び充填物検知装置を得る。
【解決手段】センサ素子に物質が接触することにより発生する電圧波形のピーク電圧値ＰＤの周波数位置付近における波形の尖鋭度Ｑの取得後、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ以上の場合には空気と判定し、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ以上の場合には水と判定し、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置がベースライン周波数ＢＦ未満且つ尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ未満の場合にコンクリートと判定し、さらにベースライン周波数ＢＦ以上でも空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ水判定尖鋭度ＱＷ未満である場合又は空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ未満の場合にはコンクリートと判定する。
【解決手段】センサ素子に物質が接触することにより発生する電圧波形のピーク電圧値ＰＤの周波数位置付近における波形の尖鋭度Ｑの取得後、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ以上の場合には空気と判定し、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ以上の場合には水と判定し、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置がベースライン周波数ＢＦ未満且つ尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ未満の場合にコンクリートと判定し、さらにベースライン周波数ＢＦ以上でも空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ水判定尖鋭度ＱＷ未満である場合又は空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ未満の場合にはコンクリートと判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプレキャストコンクリートで作られた型枠へのコンクリートの充填状況を検知する充填物検知方法及び充填物検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築物の構造体には、プレキャストコンクリートで作られた型枠（以下、プレキャストコンクリート型枠と呼ぶ）の内部に鉄筋を配し、コンクリートを充填する方法が採られている。近年、デザインの多様化などからプレキャストコンクリート型枠の形状も複雑になり、その複雑な形状の末端部までコンクリートが正しく充填されているかどうかを非破壊検査で容易に検出することができる方法が望まれている。現在商品化されている方法には、センサ素子をプレキャストコンクリート型枠内に配置し、該センサ素子にコンクリートが接触した際に発生する信号を検出して、該信号の特徴からコンクリートが充填されたことを検知するようにしている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−２６９１２０号公報
【特許文献２】特開平６−２２９９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、センサ素子の設置環境による影響で、接触する物質が同じであっても信号の特徴に違いが生ずる場合があり、接触物を誤判定してしまう可能性があるという問題がある。
【０００４】
この発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる充填物検知方法及び充填物検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は下記方法及び構成により達成される。
（１） 電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を印加し、前記センサ素子に流れる電流の変化を電圧の変化として取得し、取得した電圧波形の周波数特性に基づいて前記センサ素子と接触する物質を判定する充填物検知方法において、前記電圧波形のピーク電圧値と該ピーク電圧値の周波数位置を取得し、取得したピーク電圧値の周波数位置付近の波形の尖鋭度を取得し、取得した尖鋭度を予め定めた判定基準と比較して前記センサ素子と接触する物質を判定する。
【０００６】
（２） （１）に記載の充填物検知方法において、取得した前記電圧波形に対し、前記センサ素子の短絡や断線を検知するための基準となるベースライン周波数における電圧値を基準として、該基準電圧値を前記ピーク電圧値から減算することでピーク値を取得し、取得したピーク値と該ピーク値に対応する半値幅とから尖鋭度を取得する。
【０００７】
（３） （１）又は（２）に記載の充填物検知方法において、前記ベースライン周波数を、前記物質が水である場合の前記ピーク電圧値の下限周波数に設定する条件下で、前記ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ取得した前記尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記空気判定周波数未満且つ取得した前記尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記ベースライン周波数未満且つ前記尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満の場合にコンクリートと判定し、さらに前記ベースライン周波数以上でも前記空気判定周波数未満且つ前記尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度が前記空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定する。
【０００８】
（４） （２）又は（３）に記載の充填物検知方法において、前記ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値以上の場合に前記センサ素子が異常と判定する。
【０００９】
（５） 充填物検知装置において、電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子と、所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を発生し、発生した電気信号を前記センサ素子に印加する信号発生・印加手段と、前記信号発生・印加手段にて発生した電気信号が前記センサ素子に印加されることで前記センサ素子に流れる電流を電圧の変化として取得すると共に、取得した電圧波形のピーク電圧値と該ピーク電圧値の周波数位置を取得するピーク電圧・周波数取得手段と、前記ピーク電圧・周波数取得手段で取得された電圧波形に対し、前記センサ素子の短絡や断線を検知するための基準となるベースライン周波数における電圧値を基準として該基準電圧値を前記ピーク電圧・周波数取得手段で取得されたピーク電圧値から減算することでピーク値を取得し、取得したピーク値と該ピーク値に対応する半値幅とから尖鋭度を取得する尖鋭度取得手段と、前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度を予め定めた判定基準と比較して前記センサ素子と接触する物質を判定する判定手段と、を備える。
【００１０】
（６） （５）に記載の充填物検知装置において、前記ベースライン周波数を、前記物質が水である場合の前記ピーク電圧値の下限周波数に設定し、前記判定手段は、前記ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記空気判定周波数未満且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記ベースライン周波数未満且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満の場合にコンクリートと判定し、さらに前記ベースライン周波数以上でも前記空気判定周波数未満且つ前記水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が前記空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定する。
【００１１】
（７） （５）又は（６）に記載の充填物検知装置において、前記判定手段は、前記ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値以上の場合に前記センサ素子が異常と判定する。
【発明の効果】
【００１２】
上記（１）に記載の充填物検知方法では、センサ素子に接触した物質によって発生する電圧波形に対して、ピーク電圧値の周波数位置付近における波形の尖鋭度を取得し、取得した尖鋭度を予め定めた判定基準と比較することによりセンサ素子に接触した物質を判定するので、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる。
【００１３】
上記（２）に記載の充填物検知方法では、センサ素子の短絡や断線を検知するための基準となるベースライン周波数を決定して、その周波数における電圧値を基準として、該基準電圧値をピーク電圧値から減算することでピーク値を取得し、取得したピーク値と該ピーク値に対応する半値幅とから尖鋭度を取得するので、センサ素子に接触した物質によって発生する電圧波形に対する尖鋭度を正確に求めることができる。
【００１４】
上記（３）に記載の充填物検知方法では、ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、ピーク電圧値の周波数位置が空気判定周波数未満且つ尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、ピーク電圧値の周波数位置がベースライン周波数未満且つ尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満の場合にコンクリートと判定し、さらにベースライン周波数以上でも前記空気判定周波数未満且つ前記尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度が空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定するので、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる。
【００１５】
上記（４）に記載の充填物検知方法では、ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値を以上の場合にセンサ素子が異常と判定するので、センサ素子の異常を検知するための手段を別に設ける必要がないので、コストダウンが図れる。
【００１６】
上記（５）に記載の充填物検知装置では、センサ素子に接触した物質によって発生する電圧波形に対して、ピーク電圧値の周波数位置付近における波形の尖鋭度を取得し、取得した尖鋭度を予め定めた判定基準と比較することによりセンサ素子に接触した物質を判定するので、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる。
【００１７】
上記（６）に記載の充填物検知装置では、ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、ピーク電圧値の周波数位置が空気判定周波数未満且つ尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、ピーク電圧値の周波数位置がベースライン周波数未満且つ尖鋭度が水判定尖鋭度未満の場合にコンクリートと判定し、さらにベースライン周波数以上でも空気判定周波数未満且つ水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ尖鋭度が空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定するので、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる。
【００１８】
上記（７）に記載の充填物検知装置では、ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値以上の場合にセンサ素子が異常と判定するので、センサ素子の異常を検知するための手段を別に設ける必要がないので、コストダウンが図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る充填物検知装置の概略構成を示すブロック図である。同図において、本実施の形態に係る充填物検知装置は、同期信号発生器１と、可変周波数発振器２と、増幅器３と、センサ素子４と、抵抗５と、差動増幅器６と、４象限アナログ掛け算器７と、ローパスフィルタ８と、判定部９とを備えて構成される。
同期信号発生器１は、可変周波数発振器２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。可変周波数発振器２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器１から同期信号が出力される毎に初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。
増幅器３は、可変周波数発振器２からの正弦波信号を、センサ素子４を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。なお、本実施の形態では、同期信号発生器１、可変周波数発振器２及び増幅器３を含めて信号発生・印加手段と呼ぶ。また、抵抗５、差動増幅器６、４象限アナログ掛け算器７、ローパスフィルタ８及び判定部９を含めてピーク電圧・周波数取得手段と呼ぶ。
【００２０】
センサ素子４は、電気信号を機械信号に変換して出力するものであり、例えば図２に示すような構造のものが好適である。同図に示すセンサ素子４は、圧電セラミックス４０と、圧電セラミックス４０を固定する金属板４１と、圧電セラミックス４０を金属板４１と共に収容するケース４２と、ケース４２を固定する台座４３と、台座４３とケース４２に収容された金属板４１との間に介挿され、ケース４２へのコンクリートの侵入を防止するシール材４４とを備えて構成される。なお、ケース４２は圧電セラミックス４０の周囲に空間を保てる大きさに形成されている。また、センサ素子４と装置本体とはケーブル４５によって接続される。センサ素子４に圧電セラミックス４０を使用することで装置を安価にできるとともに精度の高い検査が可能となる。
【００２１】
図１に戻り、抵抗５は、増幅器３とセンサ素子４との間に直列に介挿され、その両端にはセンサ素子４に流れる電流に応じた電圧が発生する。センサ素子４に流れる電流は周波数の変化によって変化するので、抵抗５の両端に現れる電圧はセンサ素子４の周波数特性を反映したものになる。
差動増幅器６は、抵抗５に発生する電圧を増幅して電圧Ｖｉを出力する。４象限アナログ掛け算器７は、増幅器３からの加振用信号Ｖｒと差動増幅器６からの電圧Ｖｉを乗算してこれらの電圧に対するノイズの影響を除去する。
ローパスフィルタ８は、４象限アナログ掛け算器７の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。
【００２２】
判定部９は、尖鋭度取得手段及び判定手段として機能し、図示せぬＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、Ａ／Ｄ(Analog/Digital)変換器、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)等の表示器を備えて構成される。
判定部９は、センサ素子４にコンクリートを接触させないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ８を通過した信号から、センサ素子４に対するプレキャストコンクリート型枠内におけるコンクリートの接触・非接触を判定するとともに、センサ素子４に接触した物質を判定し、それらの結果を上述した表示器上に表示する。因みに、センサ素子４の固有の振動周波数特性を一度設定しておくことで、以後メンテナンス時以外、再設定する必要はなくなる。なお、センサ素子４の固有の振動周波数特性は上記したＲＡＭに記憶される。また、上記したＣＰＵを制御するためのプログラムは上記したＲＯＭに記憶されている。
【００２３】
このように構成された充填物検知装置において、可変周波数発振器２にて発生した正弦波信号が増幅器３で増幅されて加振用電圧Ｖｒとしてセンサ素子４と４象限アナログ掛け算器７夫々に入力される。センサ素子４に加振用電圧Ｖｒが入力されることでセンサ素子４から機械的振動が発生する。また、抵抗５の両端にはセンサ素子４に流れる電流に対応する電圧が発生し、この電圧が差動増幅器６にて増幅されて電圧Ｖｉが出力される。差動増幅器６からの電圧Ｖｉと増幅器３からの加振用電圧Ｖｒとが４象限アナログ掛け算器７にて乗算され、その出力がローパスフィルタ８にてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏが得られる。
【００２４】
出力信号Ｖｏは加振用信号の周波数変化に対するセンサ素子４の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。このときセンサ素子４の表面に何も接触していなければ、図３に示すように、センサ素子４の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が現れる。センサ素子４の周りにコンクリートが充填された場合には、センサ素子４の振動特性が変化して、図４に示すように、ピーク電圧の位置と大きさが変化する。
判定部９はこのピーク電圧の変化からコンクリートの充填状況を判定し、その結果を表示器上に表示する。これにより、ユーザは容易にコンクリートの充填を判別することができる。
【００２５】
ここで、上記作動原理を、数式を用いて説明すると以下のようになる。
この場合、Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）、Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２ …（１）
【００２６】
式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。したがって、ローパスフィルタ８を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。
【００２７】
図３及び図４で示したように、プレキャストコンクリート型枠内等の空間内にコンクリートが充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することで、その状況を検知することができる。さらに、センサ素子４に接触した物質によって発生するピーク電圧値と該ピーク電圧値の周波数位置から空気、水、コンクリートを判定することができる。この場合、判定部９は、センサ素子４の設置環境による影響でピーク電圧値が小さくなった場合でも接触物を誤判定することがないように、取得波形のピーク電圧値の周波数位置付近の波形の尖鋭度を求め、求めた尖鋭度を予め定めた判定基準と比較することより接触物を判定するようにしている。以下、ピーク電圧値の周波数位置付近の波形に対する尖鋭度の求め方について説明する。
【００２８】
図５は、取得した電圧波形の一例を示す図である。判定部９は、取得した電圧波形のピーク電圧値の周波数位置(Ｘ軸方向)と波形の尖鋭度から空気、水、コンクリートの判定を行う。判定部９は、尖鋭度Ｑを次のようにして求める。まずピーク電圧値ＰＤと該ピーク電圧値の周波数位置を求める。次いで、式（１）よりピーク値Ｐを求める。すなわち、センサ素子４の短絡や断線を検知するために決定したベースライン周波数ＢＦにおけるベースラインＢの値を基準にピーク値Ｐを求める。そして、ピーク値Ｐの１／２の半値Ｐ２を求めた後、半値Ｐ２における周波数Ｆ１，Ｆ２を求め、この値より半値幅Ｆを求める。これらの数値から式（２）より尖鋭度Ｑを求める。
Ｐ＝ＰＤ−Ｂ …（１）
Ｑ＝Ｐ／Ｆ …（２）
【００２９】
図６に、上記のベースライン周波数ＢＦ、ベースラインＢ、ピーク電圧値ＰＤ、ピーク値Ｐ、半値Ｐ２、半値周波数Ｆ１、半値周波数Ｆ２、半値幅Ｆ及び尖鋭度Ｑの各値を示す。
判定部９は、以下のようにして、空気、水、コンクリートを判定する。但し、条件として、ベースライン周波数ＢＦを、充填物が水である場合のピーク電圧値の下限周波数位置に設定するものとする。
【００３０】
（１）空気判定：ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度ＱＡ以上の場合
（２）水判定：ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ尖鋭度Ｑが予め水と決定付けた水判定尖鋭度ＱＷ以上の場合
（３）コンクリート判定：ピーク電圧値ＰＤの周波数位置がベースライン周波数ＢＦ未満且つ尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ未満の場合、ベースライン周波数ＢＦ以上で空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ未満の場合又は空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ未満の場合
（４）センサ異常：ベースライン周波数ＢＦにおける電圧値が予め設定した異常値ＵＮ以上の場合
【００３１】
図７に判定データの一例を示す。
判定周波数ＡＩＲ＝８０００Ｈｚ
空気判定尖鋭度ＱＡ＝６
水判定尖鋭度ＱＷ＝５
異常値ＵＮ＝５Ｖ
また、図８に尖鋭度の判定マップを示す。
【００３２】
図９は、尖鋭度取得処理を説明するためのフローチャートである。
同図において、まずピーク電圧値ＰＤと該ピーク電圧値ＰＤの周波数の位置を検出する（ステップＳＴ１０）。ここで、ピーク電圧値はＡ／Ｄ変換して量子化されており、記憶部に蓄積されたデータ系列内の量子化された最大値であり、ピーク電圧値の周波数位置はピーク電圧値の蓄積位置（アドレス）から得て計算する。次いで、ベースライン周波数ＢＦでのベースライン電圧Ｂを検出する（ステップＳＴ１１）。ベースライン電圧Ｂの検出後、ピーク電圧値ＰＤからベースライン電圧Ｂを減算することでピーク値Ｐを求める（ステップＳＴ１２）。次いで、取得したピーク値Ｐの半値Ｐ２を求める。この半値Ｐ２はピーク値Ｐを２で割ることで得られる。ピーク値Ｐの半値Ｐ２を取得した後、半値Ｐ２の周波数Ｆ１，Ｆ２を検出し（ステップＳＴ１４）、検出した半値周波数Ｆ１，Ｆ２から半値幅Ｆを求める（ステップＳＴ１５）。この場合、半値幅ＦはＦ２からＦ１を減算することで求まる。そして、取得した半値幅Ｆとピーク値Ｐとから尖鋭度Ｑを求める（ステップＳＴ１６）。この場合、尖鋭度Ｑはピーク値Ｐを半値幅Ｆで割ることで求まる。
【００３３】
図１０は、尖鋭度による接触物の判定処理を説明するためのフローチャートである。
同図において、まずベースライン電圧Ｂが異常値ＵＮ以上であるかどうか判定し(ステップＳＴ２０)、異常値ＵＮ以上の場合(即ち、ステップＳＴ２０の判定で「Ｙｅｓ」の場合)は、センサ素子４が短絡又は断線状態にあると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ２１)。該表示後、本処理を終了する。これに対して、ベースライン電圧Ｂが異常値ＵＮ未満である場合(即ち、ステップＳＴ２０の判定で「Ｎｏ」の場合)は、ピーク電圧ＰＤの周波数位置がベースライン周波数ＢＦ以上かどうか判定する(ステップＳＴ２２)。この判定において、ベースライン周波数ＢＦ未満である場合(即ち、ステップＳＴ２２の判定で「Ｎｏ」の場合)、尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ未満かどうか判定し（ステップＳＴ２３）、水判定尖鋭度ＱＷ未満である場合（即ち、ステップＳＴ２３の判定で「Ｙｅｓ」の場合）は、接触物がコンクリートであると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ２４)。該表示後、本処理を終了する。これに対して、尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ以上の場合（即ち、ステップＳＴ２３の判定で「Ｎｏ」の場合）は、判定外と判定して、その旨表示する（ステップＳＴ２５）。該表示後、本処理を終了する。
【００３４】
上記ステップＳＴ２２の判定において、ピーク電圧ＰＤの周波数位置がベースライン周波数ＢＦ以上の場合(即ち、ステップＳＴ２２の判定で「Ｙｅｓ」の場合)は、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が判定周波数ＡＩＲ以上かどうか判定し(ステップＳＴ２６)、判定周波数ＡＩＲ未満である場合(即ち、ステップＳＴ２６の判定で「Ｎｏ」の場合)は、尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ以上かどうか判定する(ステップＳＴ２７)。水判定尖鋭度ＱＷ未満である場合(即ち、ステップＳＴ２７の判定で「Ｎｏ」の場合)は、接触物がコンクリートであると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ２８)。該表示後、本処理を終了する。
【００３５】
これに対して、尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ以上の場合(即ち、ステップＳＴ２７判定で「Ｙｅｓ」の場合)は、接触物が水であると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ２９)。該表示後、本処理を終了する。
【００３６】
上記ステップＳＴ２６の判定において、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が判定周波数ＡＩＲ以上の場合(即ち、ステップＳＴ２６の判定で「Ｙｅｓ」の場合)は、尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ以上かどうか判定する(ステップＳＴ３０)。この判定において、尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ未満である場合(即ち、ステップＳＴ３０の判定で「Ｎｏ」の場合)は、接触物がコンクリートであると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ３１)。該表示後、本処理を終了する。これに対して、尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ以上の場合(即ち、ステップＳＴ３０の判定で「Ｙｅｓ」の場合)は、接触物が空気であると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ３２)。該表示後、本処理を終了する。
【００３７】
このように、本実施の形態の充填物検知装置によれば、センサ素子４に接触した物質によって発生する電圧波形のピーク電圧値ＰＤの周波数位置付近における波形の尖鋭度Ｑを取得し、取得した尖鋭度Ｑを予め定めた判定基準と比較することによりセンサ素子４に接触した物質を判定する。すなわち、ベースライン周波数ＢＦを、充填物が水である場合のピーク電圧値の下限周波数位置に設定した条件で、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ以上の場合には空気と判定し、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ以上の場合には水と判定し、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置がベースライン周波数ＢＦ未満且つ水判定尖鋭度ＱＷ未満の場合にコンクリートと判定し、さらにベースライン周波数ＢＦ以上でも空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ水判定尖鋭度ＱＷ未満である場合又は空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ未満の場合にはコンクリートと判定する。これにより、センサ素子４の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる。
【００３８】
また、本実施の形態の充填物検知装置によれば、ベースライン周波数ＢＦにおける電圧値が予め設定した異常値ＵＮ以上の場合にセンサ素子４が異常と判定するので、センサ素子４の異常を検知するための手段を別に設ける必要がない。これにより、コストダウンが図れる。
【００３９】
なお、上記実施の形態では、単一の周波数範囲の正弦波を用いたが、周波数範囲を切り替える周波数範囲切替器（図示略）を設けて、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにしても良い。この場合、可変周波数発振器２は、周波数範囲切替器にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生させる機能を有することになる。このように複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにすることで、プレキャストコンクリート型枠の構造や材質等の物理的な特性に応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ、これによって、より精度の高い測定が可能となる。
【００４０】
また、上記実施の形態では、コンクリートのプレキャストコンクリート型枠等の閉鎖空間内への充填状況の検出について述べたが、他の木製型枠や鋼材で作られた型枠内への充填状況の検出等に使用できることは述べるまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができるといった効果を有し、コンクリートのプレキャストコンクリート型枠等の閉鎖空間内への充填状況を検出する充填物検知装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る充填物検知装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の充填物検知装置が有するセンサ素子の概略構成を示す図である。
【図３】図１の充填物検知装置での測定結果の一例を示す図で、プレキャストコンクリート型枠内にコンクリートが無い場合の出力電圧波形図である。
【図４】図１の充填物検知装置での測定結果の一例を示す図で、プレキャストコンクリート型枠内にコンクリートが有る場合の出力電圧波形図である。
【図５】図１の充填物検知装置における接触物検知時の電圧波形の一例を示す図である
【図６】図５の電圧波形における各値の内容を示す図である。
【図７】図１の充填物検知装置で使用される判定データの一例を示す図である。
【図８】図１の充填物検知装置における尖鋭度の判定マップの一例を示す図である。
【図９】図１の充填物検知装置の尖鋭度取得処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図１の充填物検知装置の尖鋭度による接触物の判定処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 同期信号発生器
２ 可変周波数発振器
３ 増幅器
４ センサ素子
５ 抵抗
６ 差動増幅器
７ ４象限アナログ掛け算器
８ ローパスフィルタ
９ 判定部
４０ 圧電セラミックス
４１ 金属板
４２ ケース
４３ 台座
４４ シール材
４５ ケーブル
ＰＤ ピーク電圧値
Ｐ ピーク値
Ｐ２ 半値
ＢＦ ベースライン周波数
Ｂ ベースライン
Ｆ 半値幅
Ｆ１、Ｆ２ 半値周波数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプレキャストコンクリートで作られた型枠へのコンクリートの充填状況を検知する充填物検知方法及び充填物検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築物の構造体には、プレキャストコンクリートで作られた型枠（以下、プレキャストコンクリート型枠と呼ぶ）の内部に鉄筋を配し、コンクリートを充填する方法が採られている。近年、デザインの多様化などからプレキャストコンクリート型枠の形状も複雑になり、その複雑な形状の末端部までコンクリートが正しく充填されているかどうかを非破壊検査で容易に検出することができる方法が望まれている。現在商品化されている方法には、センサ素子をプレキャストコンクリート型枠内に配置し、該センサ素子にコンクリートが接触した際に発生する信号を検出して、該信号の特徴からコンクリートが充填されたことを検知するようにしている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−２６９１２０号公報
【特許文献２】特開平６−２２９９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、センサ素子の設置環境による影響で、接触する物質が同じであっても信号の特徴に違いが生ずる場合があり、接触物を誤判定してしまう可能性があるという問題がある。
【０００４】
この発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる充填物検知方法及び充填物検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は下記方法及び構成により達成される。
（１） 電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を印加し、前記センサ素子に流れる電流の変化を電圧の変化として取得し、取得した電圧波形の周波数特性に基づいて前記センサ素子と接触する物質を判定する充填物検知方法において、前記電圧波形のピーク電圧値と該ピーク電圧値の周波数位置を取得し、取得したピーク電圧値の周波数位置付近の波形の尖鋭度を取得し、取得した尖鋭度を予め定めた判定基準と比較して前記センサ素子と接触する物質を判定する。
【０００６】
（２） （１）に記載の充填物検知方法において、取得した前記電圧波形に対し、前記センサ素子の短絡や断線を検知するための基準となるベースライン周波数における電圧値を基準として、該基準電圧値を前記ピーク電圧値から減算することでピーク値を取得し、取得したピーク値と該ピーク値に対応する半値幅とから尖鋭度を取得する。
【０００７】
（３） （１）又は（２）に記載の充填物検知方法において、前記ベースライン周波数を、前記物質が水である場合の前記ピーク電圧値の下限周波数に設定する条件下で、前記ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ取得した前記尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記空気判定周波数未満且つ取得した前記尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記ベースライン周波数未満且つ前記尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満の場合にコンクリートと判定し、さらに前記ベースライン周波数以上でも前記空気判定周波数未満且つ前記尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度が前記空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定する。
【０００８】
（４） （２）又は（３）に記載の充填物検知方法において、前記ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値以上の場合に前記センサ素子が異常と判定する。
【０００９】
（５） 充填物検知装置において、電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子と、所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を発生し、発生した電気信号を前記センサ素子に印加する信号発生・印加手段と、前記信号発生・印加手段にて発生した電気信号が前記センサ素子に印加されることで前記センサ素子に流れる電流を電圧の変化として取得すると共に、取得した電圧波形のピーク電圧値と該ピーク電圧値の周波数位置を取得するピーク電圧・周波数取得手段と、前記ピーク電圧・周波数取得手段で取得された電圧波形に対し、前記センサ素子の短絡や断線を検知するための基準となるベースライン周波数における電圧値を基準として該基準電圧値を前記ピーク電圧・周波数取得手段で取得されたピーク電圧値から減算することでピーク値を取得し、取得したピーク値と該ピーク値に対応する半値幅とから尖鋭度を取得する尖鋭度取得手段と、前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度を予め定めた判定基準と比較して前記センサ素子と接触する物質を判定する判定手段と、を備える。
【００１０】
（６） （５）に記載の充填物検知装置において、前記ベースライン周波数を、前記物質が水である場合の前記ピーク電圧値の下限周波数に設定し、前記判定手段は、前記ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記空気判定周波数未満且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記ベースライン周波数未満且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満の場合にコンクリートと判定し、さらに前記ベースライン周波数以上でも前記空気判定周波数未満且つ前記水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が前記空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定する。
【００１１】
（７） （５）又は（６）に記載の充填物検知装置において、前記判定手段は、前記ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値以上の場合に前記センサ素子が異常と判定する。
【発明の効果】
【００１２】
上記（１）に記載の充填物検知方法では、センサ素子に接触した物質によって発生する電圧波形に対して、ピーク電圧値の周波数位置付近における波形の尖鋭度を取得し、取得した尖鋭度を予め定めた判定基準と比較することによりセンサ素子に接触した物質を判定するので、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる。
【００１３】
上記（２）に記載の充填物検知方法では、センサ素子の短絡や断線を検知するための基準となるベースライン周波数を決定して、その周波数における電圧値を基準として、該基準電圧値をピーク電圧値から減算することでピーク値を取得し、取得したピーク値と該ピーク値に対応する半値幅とから尖鋭度を取得するので、センサ素子に接触した物質によって発生する電圧波形に対する尖鋭度を正確に求めることができる。
【００１４】
上記（３）に記載の充填物検知方法では、ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、ピーク電圧値の周波数位置が空気判定周波数未満且つ尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、ピーク電圧値の周波数位置がベースライン周波数未満且つ尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満の場合にコンクリートと判定し、さらにベースライン周波数以上でも前記空気判定周波数未満且つ前記尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度が空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定するので、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる。
【００１５】
上記（４）に記載の充填物検知方法では、ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値を以上の場合にセンサ素子が異常と判定するので、センサ素子の異常を検知するための手段を別に設ける必要がないので、コストダウンが図れる。
【００１６】
上記（５）に記載の充填物検知装置では、センサ素子に接触した物質によって発生する電圧波形に対して、ピーク電圧値の周波数位置付近における波形の尖鋭度を取得し、取得した尖鋭度を予め定めた判定基準と比較することによりセンサ素子に接触した物質を判定するので、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる。
【００１７】
上記（６）に記載の充填物検知装置では、ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、ピーク電圧値の周波数位置が空気判定周波数未満且つ尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、ピーク電圧値の周波数位置がベースライン周波数未満且つ尖鋭度が水判定尖鋭度未満の場合にコンクリートと判定し、さらにベースライン周波数以上でも空気判定周波数未満且つ水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ尖鋭度が空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定するので、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる。
【００１８】
上記（７）に記載の充填物検知装置では、ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値以上の場合にセンサ素子が異常と判定するので、センサ素子の異常を検知するための手段を別に設ける必要がないので、コストダウンが図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る充填物検知装置の概略構成を示すブロック図である。同図において、本実施の形態に係る充填物検知装置は、同期信号発生器１と、可変周波数発振器２と、増幅器３と、センサ素子４と、抵抗５と、差動増幅器６と、４象限アナログ掛け算器７と、ローパスフィルタ８と、判定部９とを備えて構成される。
同期信号発生器１は、可変周波数発振器２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。可変周波数発振器２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器１から同期信号が出力される毎に初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。
増幅器３は、可変周波数発振器２からの正弦波信号を、センサ素子４を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。なお、本実施の形態では、同期信号発生器１、可変周波数発振器２及び増幅器３を含めて信号発生・印加手段と呼ぶ。また、抵抗５、差動増幅器６、４象限アナログ掛け算器７、ローパスフィルタ８及び判定部９を含めてピーク電圧・周波数取得手段と呼ぶ。
【００２０】
センサ素子４は、電気信号を機械信号に変換して出力するものであり、例えば図２に示すような構造のものが好適である。同図に示すセンサ素子４は、圧電セラミックス４０と、圧電セラミックス４０を固定する金属板４１と、圧電セラミックス４０を金属板４１と共に収容するケース４２と、ケース４２を固定する台座４３と、台座４３とケース４２に収容された金属板４１との間に介挿され、ケース４２へのコンクリートの侵入を防止するシール材４４とを備えて構成される。なお、ケース４２は圧電セラミックス４０の周囲に空間を保てる大きさに形成されている。また、センサ素子４と装置本体とはケーブル４５によって接続される。センサ素子４に圧電セラミックス４０を使用することで装置を安価にできるとともに精度の高い検査が可能となる。
【００２１】
図１に戻り、抵抗５は、増幅器３とセンサ素子４との間に直列に介挿され、その両端にはセンサ素子４に流れる電流に応じた電圧が発生する。センサ素子４に流れる電流は周波数の変化によって変化するので、抵抗５の両端に現れる電圧はセンサ素子４の周波数特性を反映したものになる。
差動増幅器６は、抵抗５に発生する電圧を増幅して電圧Ｖｉを出力する。４象限アナログ掛け算器７は、増幅器３からの加振用信号Ｖｒと差動増幅器６からの電圧Ｖｉを乗算してこれらの電圧に対するノイズの影響を除去する。
ローパスフィルタ８は、４象限アナログ掛け算器７の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。
【００２２】
判定部９は、尖鋭度取得手段及び判定手段として機能し、図示せぬＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、Ａ／Ｄ(Analog/Digital)変換器、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)等の表示器を備えて構成される。
判定部９は、センサ素子４にコンクリートを接触させないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ８を通過した信号から、センサ素子４に対するプレキャストコンクリート型枠内におけるコンクリートの接触・非接触を判定するとともに、センサ素子４に接触した物質を判定し、それらの結果を上述した表示器上に表示する。因みに、センサ素子４の固有の振動周波数特性を一度設定しておくことで、以後メンテナンス時以外、再設定する必要はなくなる。なお、センサ素子４の固有の振動周波数特性は上記したＲＡＭに記憶される。また、上記したＣＰＵを制御するためのプログラムは上記したＲＯＭに記憶されている。
【００２３】
このように構成された充填物検知装置において、可変周波数発振器２にて発生した正弦波信号が増幅器３で増幅されて加振用電圧Ｖｒとしてセンサ素子４と４象限アナログ掛け算器７夫々に入力される。センサ素子４に加振用電圧Ｖｒが入力されることでセンサ素子４から機械的振動が発生する。また、抵抗５の両端にはセンサ素子４に流れる電流に対応する電圧が発生し、この電圧が差動増幅器６にて増幅されて電圧Ｖｉが出力される。差動増幅器６からの電圧Ｖｉと増幅器３からの加振用電圧Ｖｒとが４象限アナログ掛け算器７にて乗算され、その出力がローパスフィルタ８にてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏが得られる。
【００２４】
出力信号Ｖｏは加振用信号の周波数変化に対するセンサ素子４の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。このときセンサ素子４の表面に何も接触していなければ、図３に示すように、センサ素子４の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が現れる。センサ素子４の周りにコンクリートが充填された場合には、センサ素子４の振動特性が変化して、図４に示すように、ピーク電圧の位置と大きさが変化する。
判定部９はこのピーク電圧の変化からコンクリートの充填状況を判定し、その結果を表示器上に表示する。これにより、ユーザは容易にコンクリートの充填を判別することができる。
【００２５】
ここで、上記作動原理を、数式を用いて説明すると以下のようになる。
この場合、Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）、Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２ …（１）
【００２６】
式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。したがって、ローパスフィルタ８を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。
【００２７】
図３及び図４で示したように、プレキャストコンクリート型枠内等の空間内にコンクリートが充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することで、その状況を検知することができる。さらに、センサ素子４に接触した物質によって発生するピーク電圧値と該ピーク電圧値の周波数位置から空気、水、コンクリートを判定することができる。この場合、判定部９は、センサ素子４の設置環境による影響でピーク電圧値が小さくなった場合でも接触物を誤判定することがないように、取得波形のピーク電圧値の周波数位置付近の波形の尖鋭度を求め、求めた尖鋭度を予め定めた判定基準と比較することより接触物を判定するようにしている。以下、ピーク電圧値の周波数位置付近の波形に対する尖鋭度の求め方について説明する。
【００２８】
図５は、取得した電圧波形の一例を示す図である。判定部９は、取得した電圧波形のピーク電圧値の周波数位置(Ｘ軸方向)と波形の尖鋭度から空気、水、コンクリートの判定を行う。判定部９は、尖鋭度Ｑを次のようにして求める。まずピーク電圧値ＰＤと該ピーク電圧値の周波数位置を求める。次いで、式（１）よりピーク値Ｐを求める。すなわち、センサ素子４の短絡や断線を検知するために決定したベースライン周波数ＢＦにおけるベースラインＢの値を基準にピーク値Ｐを求める。そして、ピーク値Ｐの１／２の半値Ｐ２を求めた後、半値Ｐ２における周波数Ｆ１，Ｆ２を求め、この値より半値幅Ｆを求める。これらの数値から式（２）より尖鋭度Ｑを求める。
Ｐ＝ＰＤ−Ｂ …（１）
Ｑ＝Ｐ／Ｆ …（２）
【００２９】
図６に、上記のベースライン周波数ＢＦ、ベースラインＢ、ピーク電圧値ＰＤ、ピーク値Ｐ、半値Ｐ２、半値周波数Ｆ１、半値周波数Ｆ２、半値幅Ｆ及び尖鋭度Ｑの各値を示す。
判定部９は、以下のようにして、空気、水、コンクリートを判定する。但し、条件として、ベースライン周波数ＢＦを、充填物が水である場合のピーク電圧値の下限周波数位置に設定するものとする。
【００３０】
（１）空気判定：ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度ＱＡ以上の場合
（２）水判定：ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ尖鋭度Ｑが予め水と決定付けた水判定尖鋭度ＱＷ以上の場合
（３）コンクリート判定：ピーク電圧値ＰＤの周波数位置がベースライン周波数ＢＦ未満且つ尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ未満の場合、ベースライン周波数ＢＦ以上で空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ未満の場合又は空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ未満の場合
（４）センサ異常：ベースライン周波数ＢＦにおける電圧値が予め設定した異常値ＵＮ以上の場合
【００３１】
図７に判定データの一例を示す。
判定周波数ＡＩＲ＝８０００Ｈｚ
空気判定尖鋭度ＱＡ＝６
水判定尖鋭度ＱＷ＝５
異常値ＵＮ＝５Ｖ
また、図８に尖鋭度の判定マップを示す。
【００３２】
図９は、尖鋭度取得処理を説明するためのフローチャートである。
同図において、まずピーク電圧値ＰＤと該ピーク電圧値ＰＤの周波数の位置を検出する（ステップＳＴ１０）。ここで、ピーク電圧値はＡ／Ｄ変換して量子化されており、記憶部に蓄積されたデータ系列内の量子化された最大値であり、ピーク電圧値の周波数位置はピーク電圧値の蓄積位置（アドレス）から得て計算する。次いで、ベースライン周波数ＢＦでのベースライン電圧Ｂを検出する（ステップＳＴ１１）。ベースライン電圧Ｂの検出後、ピーク電圧値ＰＤからベースライン電圧Ｂを減算することでピーク値Ｐを求める（ステップＳＴ１２）。次いで、取得したピーク値Ｐの半値Ｐ２を求める。この半値Ｐ２はピーク値Ｐを２で割ることで得られる。ピーク値Ｐの半値Ｐ２を取得した後、半値Ｐ２の周波数Ｆ１，Ｆ２を検出し（ステップＳＴ１４）、検出した半値周波数Ｆ１，Ｆ２から半値幅Ｆを求める（ステップＳＴ１５）。この場合、半値幅ＦはＦ２からＦ１を減算することで求まる。そして、取得した半値幅Ｆとピーク値Ｐとから尖鋭度Ｑを求める（ステップＳＴ１６）。この場合、尖鋭度Ｑはピーク値Ｐを半値幅Ｆで割ることで求まる。
【００３３】
図１０は、尖鋭度による接触物の判定処理を説明するためのフローチャートである。
同図において、まずベースライン電圧Ｂが異常値ＵＮ以上であるかどうか判定し(ステップＳＴ２０)、異常値ＵＮ以上の場合(即ち、ステップＳＴ２０の判定で「Ｙｅｓ」の場合)は、センサ素子４が短絡又は断線状態にあると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ２１)。該表示後、本処理を終了する。これに対して、ベースライン電圧Ｂが異常値ＵＮ未満である場合(即ち、ステップＳＴ２０の判定で「Ｎｏ」の場合)は、ピーク電圧ＰＤの周波数位置がベースライン周波数ＢＦ以上かどうか判定する(ステップＳＴ２２)。この判定において、ベースライン周波数ＢＦ未満である場合(即ち、ステップＳＴ２２の判定で「Ｎｏ」の場合)、尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ未満かどうか判定し（ステップＳＴ２３）、水判定尖鋭度ＱＷ未満である場合（即ち、ステップＳＴ２３の判定で「Ｙｅｓ」の場合）は、接触物がコンクリートであると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ２４)。該表示後、本処理を終了する。これに対して、尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ以上の場合（即ち、ステップＳＴ２３の判定で「Ｎｏ」の場合）は、判定外と判定して、その旨表示する（ステップＳＴ２５）。該表示後、本処理を終了する。
【００３４】
上記ステップＳＴ２２の判定において、ピーク電圧ＰＤの周波数位置がベースライン周波数ＢＦ以上の場合(即ち、ステップＳＴ２２の判定で「Ｙｅｓ」の場合)は、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が判定周波数ＡＩＲ以上かどうか判定し(ステップＳＴ２６)、判定周波数ＡＩＲ未満である場合(即ち、ステップＳＴ２６の判定で「Ｎｏ」の場合)は、尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ以上かどうか判定する(ステップＳＴ２７)。水判定尖鋭度ＱＷ未満である場合(即ち、ステップＳＴ２７の判定で「Ｎｏ」の場合)は、接触物がコンクリートであると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ２８)。該表示後、本処理を終了する。
【００３５】
これに対して、尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ以上の場合(即ち、ステップＳＴ２７判定で「Ｙｅｓ」の場合)は、接触物が水であると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ２９)。該表示後、本処理を終了する。
【００３６】
上記ステップＳＴ２６の判定において、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が判定周波数ＡＩＲ以上の場合(即ち、ステップＳＴ２６の判定で「Ｙｅｓ」の場合)は、尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ以上かどうか判定する(ステップＳＴ３０)。この判定において、尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ未満である場合(即ち、ステップＳＴ３０の判定で「Ｎｏ」の場合)は、接触物がコンクリートであると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ３１)。該表示後、本処理を終了する。これに対して、尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ以上の場合(即ち、ステップＳＴ３０の判定で「Ｙｅｓ」の場合)は、接触物が空気であると判定して、その旨を表示する(ステップＳＴ３２)。該表示後、本処理を終了する。
【００３７】
このように、本実施の形態の充填物検知装置によれば、センサ素子４に接触した物質によって発生する電圧波形のピーク電圧値ＰＤの周波数位置付近における波形の尖鋭度Ｑを取得し、取得した尖鋭度Ｑを予め定めた判定基準と比較することによりセンサ素子４に接触した物質を判定する。すなわち、ベースライン周波数ＢＦを、充填物が水である場合のピーク電圧値の下限周波数位置に設定した条件で、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ以上の場合には空気と判定し、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置が空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ尖鋭度Ｑが水判定尖鋭度ＱＷ以上の場合には水と判定し、ピーク電圧値ＰＤの周波数位置がベースライン周波数ＢＦ未満且つ水判定尖鋭度ＱＷ未満の場合にコンクリートと判定し、さらにベースライン周波数ＢＦ以上でも空気判定周波数ＡＩＲ未満且つ水判定尖鋭度ＱＷ未満である場合又は空気判定周波数ＡＩＲ以上且つ尖鋭度Ｑが空気判定尖鋭度ＱＡ未満の場合にはコンクリートと判定する。これにより、センサ素子４の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができる。
【００３８】
また、本実施の形態の充填物検知装置によれば、ベースライン周波数ＢＦにおける電圧値が予め設定した異常値ＵＮ以上の場合にセンサ素子４が異常と判定するので、センサ素子４の異常を検知するための手段を別に設ける必要がない。これにより、コストダウンが図れる。
【００３９】
なお、上記実施の形態では、単一の周波数範囲の正弦波を用いたが、周波数範囲を切り替える周波数範囲切替器（図示略）を設けて、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにしても良い。この場合、可変周波数発振器２は、周波数範囲切替器にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生させる機能を有することになる。このように複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにすることで、プレキャストコンクリート型枠の構造や材質等の物理的な特性に応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ、これによって、より精度の高い測定が可能となる。
【００４０】
また、上記実施の形態では、コンクリートのプレキャストコンクリート型枠等の閉鎖空間内への充填状況の検出について述べたが、他の木製型枠や鋼材で作られた型枠内への充填状況の検出等に使用できることは述べるまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、センサ素子の設置環境による影響に左右されることなく正確に接触物を判定することができるといった効果を有し、コンクリートのプレキャストコンクリート型枠等の閉鎖空間内への充填状況を検出する充填物検知装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る充填物検知装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の充填物検知装置が有するセンサ素子の概略構成を示す図である。
【図３】図１の充填物検知装置での測定結果の一例を示す図で、プレキャストコンクリート型枠内にコンクリートが無い場合の出力電圧波形図である。
【図４】図１の充填物検知装置での測定結果の一例を示す図で、プレキャストコンクリート型枠内にコンクリートが有る場合の出力電圧波形図である。
【図５】図１の充填物検知装置における接触物検知時の電圧波形の一例を示す図である
【図６】図５の電圧波形における各値の内容を示す図である。
【図７】図１の充填物検知装置で使用される判定データの一例を示す図である。
【図８】図１の充填物検知装置における尖鋭度の判定マップの一例を示す図である。
【図９】図１の充填物検知装置の尖鋭度取得処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図１の充填物検知装置の尖鋭度による接触物の判定処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 同期信号発生器
２ 可変周波数発振器
３ 増幅器
４ センサ素子
５ 抵抗
６ 差動増幅器
７ ４象限アナログ掛け算器
８ ローパスフィルタ
９ 判定部
４０ 圧電セラミックス
４１ 金属板
４２ ケース
４３ 台座
４４ シール材
４５ ケーブル
ＰＤ ピーク電圧値
Ｐ ピーク値
Ｐ２ 半値
ＢＦ ベースライン周波数
Ｂ ベースライン
Ｆ 半値幅
Ｆ１、Ｆ２ 半値周波数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を印加し、前記センサ素子に流れる電流の変化を電圧の変化として取得し、取得した電圧波形の周波数特性に基づいて前記センサ素子と接触する物質を判定する充填物検知方法において、
前記電圧波形のピーク電圧値と該ピーク電圧値の周波数位置を取得し、取得したピーク電圧値の周波数位置付近の波形の尖鋭度を取得し、取得した尖鋭度を予め定めた判定基準と比較して前記センサ素子と接触する物質を判定する充填物検知方法。
【請求項２】
取得した前記電圧波形に対し、前記センサ素子の短絡や断線を検知するための基準となるベースライン周波数における電圧値を基準として、該基準電圧値を前記ピーク電圧値から減算することでピーク値を取得し、取得したピーク値と該ピーク値に対応する半値幅とから尖鋭度を取得する請求項１に記載の充填物検知方法。
【請求項３】
前記ベースライン周波数を、前記物質が水である場合の前記ピーク電圧値の下限周波数に設定する条件下で、前記ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ取得した前記尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記空気判定周波数未満且つ取得した前記尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記ベースライン周波数未満且つ前記尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満の場合と前記ベースライン周波数以上でも前記空気判定周波数未満且つ前記水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度が前記空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定する請求項１又は請求項２に記載の充填物検知方法。
【請求項４】
前記ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値以上の場合に前記センサ素子が異常と判定する請求項２又は請求項３に記載の充填物検知方法。
【請求項５】
電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子と、
所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を発生し、発生した電気信号を前記センサ素子に印加する信号発生・印加手段と、
前記信号発生・印加手段にて発生した電気信号が前記センサ素子に印加されることで前記センサ素子に流れる電流を電圧の変化として取得すると共に、取得した電圧波形のピーク電圧値と該ピーク電圧値の周波数位置を取得するピーク電圧・周波数取得手段と、
前記ピーク電圧・周波数取得手段で取得された電圧波形に対し、前記センサ素子の短絡や断線を検知するための基準となるベースライン周波数における電圧値を基準として該基準電圧値を前記ピーク電圧・周波数取得手段で取得されたピーク電圧値から減算することでピーク値を取得し、取得したピーク値と該ピーク値に対応する半値幅とから尖鋭度を取得する尖鋭度取得手段と、
前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度を予め定めた判定基準と比較して前記センサ素子と接触する物質を判定する判定手段と、
を備える充填物検知装置。
【請求項６】
前記ベースライン周波数を、前記物質が水である場合の前記ピーク電圧値の下限周波数に設定し、
前記判定手段は、前記ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記空気判定周波数未満且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記ベースライン周波数未満且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満の場合と前記ベースライン周波数以上でも前記空気判定周波数未満且つ前記水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が前記空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定する請求項５に記載の充填物検知装置。
【請求項７】
前記判定手段は、前記ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値以上の場合に前記センサ素子が異常と判定する請求項５又は請求項６に記載の充填物検知装置。
【請求項１】
電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を印加し、前記センサ素子に流れる電流の変化を電圧の変化として取得し、取得した電圧波形の周波数特性に基づいて前記センサ素子と接触する物質を判定する充填物検知方法において、
前記電圧波形のピーク電圧値と該ピーク電圧値の周波数位置を取得し、取得したピーク電圧値の周波数位置付近の波形の尖鋭度を取得し、取得した尖鋭度を予め定めた判定基準と比較して前記センサ素子と接触する物質を判定する充填物検知方法。
【請求項２】
取得した前記電圧波形に対し、前記センサ素子の短絡や断線を検知するための基準となるベースライン周波数における電圧値を基準として、該基準電圧値を前記ピーク電圧値から減算することでピーク値を取得し、取得したピーク値と該ピーク値に対応する半値幅とから尖鋭度を取得する請求項１に記載の充填物検知方法。
【請求項３】
前記ベースライン周波数を、前記物質が水である場合の前記ピーク電圧値の下限周波数に設定する条件下で、前記ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ取得した前記尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記空気判定周波数未満且つ取得した前記尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記ベースライン周波数未満且つ前記尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満の場合と前記ベースライン周波数以上でも前記空気判定周波数未満且つ前記水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度が前記空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定する請求項１又は請求項２に記載の充填物検知方法。
【請求項４】
前記ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値以上の場合に前記センサ素子が異常と判定する請求項２又は請求項３に記載の充填物検知方法。
【請求項５】
電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子と、
所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を発生し、発生した電気信号を前記センサ素子に印加する信号発生・印加手段と、
前記信号発生・印加手段にて発生した電気信号が前記センサ素子に印加されることで前記センサ素子に流れる電流を電圧の変化として取得すると共に、取得した電圧波形のピーク電圧値と該ピーク電圧値の周波数位置を取得するピーク電圧・周波数取得手段と、
前記ピーク電圧・周波数取得手段で取得された電圧波形に対し、前記センサ素子の短絡や断線を検知するための基準となるベースライン周波数における電圧値を基準として該基準電圧値を前記ピーク電圧・周波数取得手段で取得されたピーク電圧値から減算することでピーク値を取得し、取得したピーク値と該ピーク値に対応する半値幅とから尖鋭度を取得する尖鋭度取得手段と、
前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度を予め定めた判定基準と比較して前記センサ素子と接触する物質を判定する判定手段と、
を備える充填物検知装置。
【請求項６】
前記ベースライン周波数を、前記物質が水である場合の前記ピーク電圧値の下限周波数に設定し、
前記判定手段は、前記ピーク電圧値の周波数位置が予め空気と決定付けた空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が予め空気と決定付けた空気判定尖鋭度以上の場合に空気と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記空気判定周波数未満且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が予め水と決定付けた水判定尖鋭度以上の場合に水と判定し、前記ピーク電圧値の周波数位置が前記ベースライン周波数未満且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が前記水判定尖鋭度未満の場合と前記ベースライン周波数以上でも前記空気判定周波数未満且つ前記水判定尖鋭度未満である場合又は前記空気判定周波数以上且つ前記尖鋭度取得手段で取得された尖鋭度が前記空気判定尖鋭度未満の場合に該当していればコンクリートと判定する請求項５に記載の充填物検知装置。
【請求項７】
前記判定手段は、前記ベースライン周波数における電圧値が予め設定した異常値以上の場合に前記センサ素子が異常と判定する請求項５又は請求項６に記載の充填物検知装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−８７０７（Ｐ２００８−８７０７Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７８０１２（Ｐ２００６−１７８０１２）
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（００００００５１６）曙ブレーキ工業株式会社 (621)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（００００００５１６）曙ブレーキ工業株式会社 (621)
【Ｆターム（参考）】
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