埋設深さ測定方法及びその装置
【課題】埋設物の埋設深さの測定誤差を低減し、測定精度を上げることを目的とする。
【解決手段】検査媒体中に埋設された埋設物の埋設深さ測定方法である。送信部と受信部を平面上に近接配置した第１送受信ユニット２６の第１送受信データと、前記第１送受信ユニット２６と同一平面上であって送信部と受信部の中心に前記第１送受信ユニットの中心を配置した第２送受信ユニット３０の第２送受信データとから得られる最も短い反射時間の伝播速度を演算処理して、見かけ上の埋設物の埋設深さを求め、前記埋設物の埋設深さに対して送受信ユニットと検査媒体との間の空隙により生じる屈折率の補正を行い、実際の反射時間を求めて前記埋設物の埋設深さを補正演算する。
【解決手段】検査媒体中に埋設された埋設物の埋設深さ測定方法である。送信部と受信部を平面上に近接配置した第１送受信ユニット２６の第１送受信データと、前記第１送受信ユニット２６と同一平面上であって送信部と受信部の中心に前記第１送受信ユニットの中心を配置した第２送受信ユニット３０の第２送受信データとから得られる最も短い反射時間の伝播速度を演算処理して、見かけ上の埋設物の埋設深さを求め、前記埋設物の埋設深さに対して送受信ユニットと検査媒体との間の空隙により生じる屈折率の補正を行い、実際の反射時間を求めて前記埋設物の埋設深さを補正演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋設深さ測定方法及びその装置に係り、特に、コンクリート構造物の鉄筋のかぶり深さを非破壊検査により効率的に測定することができる埋設深さ測定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリート構造物の鉄筋かぶり深さなど、埋設物の埋設深さを非破壊で測定する方法として、電磁波レーダ法や超音波法、電磁誘導法、Ｘ線透過撮像法などが知られている。
【０００３】
本願出願人は、効率的に埋設深さを測定する装置として特に電磁波を用いた特許文献１に示す埋設深さ測定装置を開示している。特許文献１に開示の測定装置は、送信部と受信部からなる送受信ユニットを複数備えている。各送受信ユニットは、送信部と受信部の間隔が異なっているとともに、送信部と受信部の中心を一致させて支持部に取り付けている。そして各送受信ユニットを一体としてコンクリート構造物の表面を移動させて走査することにより、各送受信ユニットの走査距離を同じにして、反射波に基づく埋設物の深さｄを求める収束計算を行っている。
【特許文献１】特開２００６−３００７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の装置は、送信アンテナと受信アンテナを走行台車からなるユニット支持部に取り付けている。そしてこの装置は走行台車をコンクリート構造物の表面を移動しながら送信アンテナが送信した電波を受信アンテナによって受信させて走査している。このときコンクリート表面は凹凸、段差など全くの平らでないことがある。よって送信アンテナ及び受信アンテナはいずれも地表面から数ｃｍ離間させて、僅かながらの隙間を設けて台車に取り付けて、アンテナと地表面との接触を回避する構成としている。
【０００５】
ところが埋設物の深さｄを求める収束計算においては、送受信アンテナと地表面との隙間を考慮せずに送受信アンテナが地表面に接していると仮定した状態で計算を行っている。一般に隙間としては空気などが考えられる。また隙間とコンクリートなどの被検査物が埋設された媒質とでは、屈折率が異なっている。このため屈折率の違いから隙間分の比誘電率が作用して埋設深さｄの計算値に誤差が生じてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、送受信アンテナと検査媒体の間の空隙に由来する埋設物の深さの測定値誤差を解消し、測定精度を上げることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る埋設深さ測定装置は、検査媒体中に埋設された埋設物の埋設深さ測定方法であって、第１送信部と第１受信部を平面上に近接配置した第１送受信ユニットの第１送受信データと、前記第１送受信ユニットと同一平面上であって第２送信部と第２受信部の中心に前記第１送受信ユニットの中心を配置した第２送受信ユニットの第２送受信データとから得られる最も短い反射時間の伝播速度を演算処理して、見かけ上の反射時間に基づく埋設物の埋設深さを求め、前記埋設物の埋設深さに対して送受信ユニットと検査媒体との間の空隙により生じる屈折率の補正を行い、実際の反射時間を求めて前記埋設物の埋設深さを補正演算することを特徴としている。
【０００８】
本発明の埋設深さの測定装置は、送信波を送信する第１送信部と反射波を受信する第１受信部を平面上に近接配置した第１送受信ユニットと、前記第１送受信ユニットと同一平面上であって第２送信部と第２受信部の中心に前記第１送受信ユニットの中心を配置した第２送受信ユニットと、前記第１送受信ユニットと前記第２送受信ユニットを一体として検査媒体を直線上に移動するユニット支持部と、前記ユニット支持部の移動による各受信部の複数の出力信号に基づいて、各送信部の送信した送信波に対応する受信部の受信した反射波を求める信号処理部と、前記信号処理部による前記反射波のうち最も短い反射時間の伝播速度を演算処理して得られた埋設物の埋設深さに対して、送受信ユニットと検査媒体との間の空隙により生じる屈折率の補正を行い、実際の反射時間を求めて前記埋設物の埋設深さを補正する演算部と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
このようになっている本発明は、送受信ユニットと地表の隙間により生じる屈折率を補正して反射波を演算処理することにより、実際の経路の伝播時間が得られる。これにより埋設深さの測定誤差を回避することができる。したがって、これまでアンテナと地表との間の隙間を考慮せずに送受信アンテナの伝播時間に基づき演算していた鉄筋の埋設深さによる測定誤差を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る埋設深さ測定方法及びその装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお、以下の実施形態においては、コンクリート構造物の鉄筋のかぶり深さの測定を例にして説明する。
【００１１】
まず始めに埋設深さ測定装置の構成について以下説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る埋設深さ測定装置の説明図である。図２は深さ測定装置の計測の説明図である。この深さ測定装置１０は、コンクリート構造物１２の表面を走査させる送受信部１４と、送受信部１４に送信波を供給すると共に、反射波を受信するレーダ回路部１６と、レーダ回路部１６を制御するとともに、反射波に基づいて鉄筋（埋設物）１８の深さ、すなわちかぶり深さを求める演算制御部２０と、演算制御部２０の求めた埋設深さを表示する表示部２２とを有している。
【００１２】
前記送受信部１４は、２組の送受信ユニットから構成してあり、４素子のアンテナが矢印によって示した走査方向２４に沿って直線状に配設してある。すなわち、送受信部１４は、走査方向２４に沿った中央部に、第１送受信ユニット２６が配置してある。第１送受信ユニット２６は、第１送信部である第１送信アンテナ２８Ａと、第１受信部である第１受信アンテナ２８Ｂとからなり、これらが相互に接するように近接配置してある。
【００１３】
一方、第２送受信ユニット３０は、第２送信部である第２送信アンテナ３２Ａと第２受信部である第２受信アンテナ３２Ｂとからなっていて、第１送受信ユニット２６を挟むように構成してある。すなわち、第２送受信ユニット３０は、第２送信アンテナ３２Ａが図３において第１送信アンテナ２８Ａの左側に、第２受信アンテナ３２Ｂが第１受信アンテナ２８Ｂの右側に配置してある。そして、実施形態の場合、第２送信アンテナ３２Ａと第１送信アンテナ２８Ａとの距離と、第１受信アンテナ２８Ｂと第２受信アンテナ３２Ｂとの距離が等しくなっている。このため、第１送受信ユニット２６と第２送受信ユニット３０との中心が一致している。
【００１４】
これらの第１送受信ユニット２６と第２送受信ユニット３０とは、走行台車からなるユニット支持部３４に取り付けてある。ユニット支持部３４は、距離センサ３６が設けてある。距離センサ３６は、送受信部１４を図示しない基準点から走査線に沿って走行させた距離を検出し、演算制御部２０に入力する。また図２（１）に示すように、第１送受信ユニット及び第２送受信ユニットはいずれもコンクリート構造物１２の表面から空隙（隙間）ｄｃを開けて設置している。
【００１５】
レーダ回路部１６には、図３に示しているように、送信機３８、受信機４０、切替え部４２が設けてある。切替え部４２は、一対のアンテナ切替え器４４、４６から構成してある。一方のアンテナ切替え器４４は、第１送信アンテナ２８Ａ、第２送信アンテナ３２Ａと送信機３８との間に設けてあり、第１送信アンテナ２８Ａと第２送信アンテナ３２Ａとを切り替えて送信機３８に接続する。他方のアンテナ切替え器４６は、受信機４０と第１受信アンテナ２８Ｂ、第２受信アンテナ３２Ｂとの間に設けてあり、第１受信アンテナ２８Ｂと第２受信アンテナ３２Ｂとを切り替えて受信機４０に接続する。送信機３８は、電波からなる送信波を生成してアンテナ切替え器４４を介して送信アンテナ２８Ａ、３２Ａに供給する。受信機４０は、受信アンテナ２８Ｂ、３２Ｂで受信した鉄筋１８からの反射波（エコー）を復調する。
【００１６】
演算制御部２０は、レーダ制御部４８、信号処理部５０、演算部５２、メモリ５４を備えている。レーダ制御部４８は、所定時間ごとに送信機３８を駆動して送信波を出力させるとともに、切替え部４２を切替え制御して、第１送信アンテナ２８Ａと第２送信アンテナ３２Ａとを切り替えて送信機３８に接続するとともに、これに同期して第１受信アンテナ２８Ｂと第２受信アンテナ３２Ｂとを切り替えて受信機４０に接続する。このレーダ制御部４８が出力する送信機３８の駆動信号、切替え部４２の切替え制御信号は、信号処理部５０にも与えられる。
信号処理部５０は、受信機４０の出力信号に基づいて、反射波の強度に応じた信号を演算部５２に入力する。
【００１７】
演算部５２は、送受信部１４に設けた距離センサ３６の出力信号が入力するようになっていて、距離センサ３６と信号処理部５０の出力信号とを対応させてメモリ５４に書き込むとともに、詳細を後述するように、鉄筋１８からの反射波による像を生成し、また鉄筋１８のかぶり深さを演算するとともに、空隙ｄｃにより生じる屈折率の補正を行い表示部２２に出力して表示するとともに、メモリ５４に書き込む。
【００１８】
このようになっている深さ測定装置１０による鉄筋１８のかぶり深さの測定は次のように行う。
図１は埋設深さ測定方法の全体フロー図を示している。以下このフロー図に従って説明する。まず深さ測定装置１０による鉄筋１８の計測を行い、鉄筋１８の水平位置を求める（Ｓ２００）。
【００１９】
最初に深さ測定装置１０を鉄筋１８が埋設されたコンクリート構造物１２上に配置する。図２（１）〜（３）に示すように、コンクリート構造物１２の表面を鉄筋１８の軸線と直交させて送受信部１４を左から右に向かって走査させる。
【００２０】
このとき送信機３８は送信波を生成し、送信アンテナ２８Ａ、３２Ａから予め定めた所定間隔で送信波を発している。そして受信アンテナ２８Ｂ、３２Ｂで送信波を受信し、受信機４０で復調する。走査線上の各位置において、第１送信アンテナ２８Ａ、第２送信アンテナ３２Ａを切り替えて送信機３８に接続し、これに同期して第１受信アンテナ２８Ｂ、第２受信アンテナ３２Ｂを切り替えて受信機４０に接続し、第１受信アンテナ２８Ｂと第２受信アンテナ３２Ｂとの受信データを、演算制御部２０の信号処理部５０において連続的に収集し、演算部５２に送出する。
【００２１】
深さ測定装置１０は、図２（１）に示すように第１送受信ユニットの送受信の反射時間ｔａおよび第２送受信ユニットの送受信の反射時間ｔｂが鉄筋１８の真上に近づくまでは次第に短くなる（ｔ１ａ，ｔ１ｂ）。そして図２（２）に示すように深さ測定装置１０が鉄筋１８の真上に来たとき反射時間ｔａ，ｔｂは最も短くなる（ｔ２ａ，ｔ２ｂ）。鉄筋１８の真上を通過した後は、図２（３）に示すように徐々に反射時間ｔａ，ｔｂは長くなる（ｔ３ａ，ｔ３ｂ）。
【００２２】
次に鉄筋の検出を行う（Ｓ３００）。
まず演算部５２は、信号処理部５０の出力する受信データを距離センサ３６の出力する走査基点からの走査距離信号とともにメモリ５４に書き込む。さらに、演算部５２は、信号処理部５０と距離センサ３６とから入力したデータに基づいて、コンクリート構造物１２のＢモードの像（垂直断面像）を生成し、表示部２２に表示するとともに、メモリ５４に書き込む。
【００２３】
図４は実施形態に係る第１送受信ユニット及び第２送受信ユニットによる反射像を説明する図である。同図の横軸は走査距離を示し、縦軸は時間（ｔ）を示している。第１受信アンテナ２８Ｂの受信した鉄筋１８からの反射波によるＢモードの像は、同図（１）に示すように、三日月状（逆双曲線パターン）の反射像５６として表示される。同様に、第２受信アンテナ３２Ｂの受信した鉄筋１８からの反射波によるＢモードの像は、（２）に示すように、三日月状の反射像５８として表示される。
【００２４】
表示部２２は、実施形態の場合、第１送受信ユニット２６により得られた反射像５６と、第２送受信ユニット３０により得られた反射像５８とを上下に並べて表示するようになっている。第１送受信ユニット２６の第１受信アンテナ２８Ｂの受信データによる反射像５６と、第２送受信ユニット３０の第２受信アンテナ３２Ｂの受信データによる反射像５８とは、それぞれに対応して送信アンテナ２８Ａ、３２Ａが設けられて一体に移動させられるため、各送信アンテナ２８Ａ、３２Ａの送信波の同一鉄筋１８からの反射像５６、５８が同じ走行（走査）距離Ｌｘの位置に表示される。
【００２５】
鉄筋の抽出方法は、第１送受信ユニットおよび第２送受信ユニットについていずれも深さ測定装置の移動方向Ｘの各位置において表面から所定深度（例えば２０ｃｍ）までの反射データのピークをサーチしてその深さｄｊを求める。
【００２６】
第２送受信ユニットの鉄筋反射時間が第１送受信ユニットに対してｔ１ｂ−ｔ１ａだけ深いところにあるかどうかを調べて合致していれば鉄筋１８の反射とする。それ以外の反射波は無効データとして移動方向Ｘ上の次の測定位置に移動する。
【００２７】
この鉄筋反射の第１送受信ユニット及び第２送受信ユニットの深さの合計値の最小点（ｌ２ａ+ｌ２ｂ）になるところを真の鉄筋位置Ｘｎ、および深度ｙｎとする。
ここでコンクリート構造体１２の伝播速度をｖとし、鉄筋が図２（１）〜（３）の場所の第１送受信ユニットの反射時間は次のように表すことができる。
【数１】
このときｔ１ａ〜ｔ３ａはそれぞれ、図２（１）〜（３）の場所における第１送受信ユニットの反射時間を示し、ｌ１ａ〜ｌ３ａはそれぞれ図２（１）〜（３）の場所における第１送受信ユニットの伝播距離を示す。上記反射時間ｔ１ａ〜ｔ３ａは、図４（１）に示すように矢印ａのｔ１ａ／２から矢印ｂのｔ２ａ／２に向かって反射時間が短くなり、鉄筋１８直上を通過後（矢印ｂ）、矢印ｂから矢印ｃのｔ３ａ／２に向かって反射時間が長くなる。
【００２８】
また第２送受信ユニットの反射時間は次のように表すことができる。
【数２】
ここでｔ１ｂ〜ｔ３ｂはそれぞれ、図２（１）〜（３）の場所における第１送受信ユニットの反射時間を示し、ｌ１ｂ〜ｌ３ｂはそれぞれ図２（１）〜（３）の場所における第１送受信ユニットの伝播距離を示す。上記反射時間ｔ１ｂ〜ｔ３ｂは、図４（２）に示すように矢印ａ１のｔ１ｂ／２から矢印ｂ１のｔ２ｂ／２に向かって反射時間が短くなり、鉄筋１８直上を通過後（矢印ｂ１）、矢印ｂ１から矢印ｃ１のｔ３ｂ／２に向かって反射時間が長くなる。なお、第２送受信ユニットは第１送受信ユニットよりも伝播距離が長いため（例えばｌ１ｂ−ｌ１ａ）、反射時間が長くなる（例えば矢印ｂ１＞矢印ｂ）。
【００２９】
これらの反射像５６、５８において、鉄筋１８の頂部からの反射波が最も浅く表示される。すなわち三日月パターンの頂点位置Ｐ（Ｐ１、Ｐ２）のデータが得られたときが、送信アンテナ、受信アンテナの中間点が鉄筋１８の真上となることから、鉄筋１８の水平位置が特定できる。これは距離センサ３６により走査起点から移動距離（走査距離）をカウントしておくことにより、走査起点からの距離Ｌｘとして算出すればよい。鉄筋１８からの反射波の波形データ（Ａモード）６８は、図５に示したようになる。したがって、演算部５２は、鉄筋１８の頂部Ｐからの反射波がアンテナの回り込み波を除けば最大となるので、信号処理部５０から入力する反射強度（エコー強度）の受信データを比較することにより、鉄筋頂部Ｐからの反射時間（送信アンテナが送信波を送信してから受信アンテナが反射を受信するまでの時間）を容易に自動計算することができる。この結果、図６に示したような判定結果の図が得られる。
【００３０】
演算部５２は、上記のようにして第１送受信ユニット２６による鉄筋頂部の反射時間２ｔａ（以下図２（２）のｔ２ａ／２に相当）と、第２送受信ユニット３０による鉄筋頂部の反射時間２ｔｂ（以下図２（２）のｔ２ｂ／２に相当）を求めると、次のようにして鉄筋１８の頂部Ｐの深さ（鉄筋かぶり深さ）ｄが求まる。
【００３１】
鉄筋かぶり深さｄの計算は以下のように行う（Ｓ４００）。
第１送受信ユニット２６の第１送信アンテナ２８Ａと第１受信アンテナ２８Ｂとの中心間距離を２ｘa、第２送受信ユニット３０の第２送信アンテナ３２Ａと第２受信アンテナ３２Ｂとの中心間距離を２ｘbとする（図２参照）。また、第１送受信ユニット２６の中心が鉄筋１８の真上にある場合、第１送信アンテナ２８Ａの中心と鉄筋１８の頂部Ｐとの距離をＳa（以下図２（２）のｌ２ａ／２に相当）とし、第２送受信ユニット３０の中心が鉄筋１８の真上にある場合、第２送信アンテナ３２Ａの中心と鉄筋１８の頂部Ｐとの距離をＳb（以下図２（２）のｌ２ｂ／２に相当）とする。
【００３２】
このとき、送信アンテナが送信した送信波が鉄筋頂部で反射されて受信アンテナで受信されるまでの時間（反射時間）２ｔａとｘa、Ｓaとの間、および反射時間２ｔｂとｘb、Ｓbとの間には、コンクリート構造物１２中の電波（送信波）の伝播速度をｖ、鉄筋１８の頂部Ｐの深さをｄとした場合、次の数式３、数式４の関係がある。
【数３】
【数４】
【００３３】
電波の伝播速度ｖは、媒質（コンクリート構造物１２）の比誘電率に依存する。しかし、コンクリート構造物１２の比誘電率は、コンクリート構造物１２を構成している骨材の種類や量、含水量などによって異なるため、一般に知ることができない。そこで、上記の数式３、数式４を連立方程式として解くことにより、深さ（鉄筋かぶり深さ）ｄを求める。この実施形態においては、図７に示した手順によって深さｄの近似値を求めるようにしている。
【００３４】
まず、数式３において、ｄ＝ｄ０＝０と仮定し、電波のコンクリート構造物１２中における仮の伝播速度ｖ´を求める（ステップ１００）。すなわち、
【数５】
【数６】
を演算する。
【００３５】
次に、数式６として求めた仮の伝播速度ｖ´を数式４に代入して深さｄ（＝ｄn）を演算する（ステップ１０２）。
【数７】
【数８】
【数９】
【００３６】
次に、数式１０に示す収束条件を満足しているか否かを判断する（ステップ１０４）。この場合、ｄn−１＝ｄ０＝０であり、ｄnは数式９によって求めた値である。また、δは、深さｄをどの程度の精度まで求めるかによって異なり、例えば深さｄをｍｍの精度まで求めたい場合、δ＝０．１ｍｍとする。
【数１０】
【００３７】
演算部５２は、ステップ１０４において収束条件を満足していない場合、数式３に数式９によって求めたｄnを代入し、再び伝播速度ｖ´を演算する（ステップ１０６）。
【数１１】
【００３８】
さらに、ステップ１０６からステップ１０２に戻り、数式１１によって求めた伝播速度ｖ´を数式４に代入してｄnを算出し、ステップ１０４の収束条件を満足しているか否かを判断する。収束条件が満足されていない場合、ステップ１０２からステップ１０６までの処理が収束条件を満足するまで繰り返される。演算部５２は、上記のようにして収束条件が満足されると、鉄筋１８のかぶり深さｄ、コンクリート構造物１２中の電波の伝播速度ｖをメモリ５４に書き込むとともに、表示部２２に出力する（ステップ１０８）。
【００３９】
なお、演算部５２は、上記のようにして求めた電磁波の速度ｖを用いて、必要に応じてコンクリートの比誘電率εを求めて出力する。すなわち、媒質中の電磁波の伝播速度ｖは、
【数１２】
のように求めることができる。ただし、ｃは真空中における光の速度、εｒはコンクリートの比誘電率、μｒはコンクリートの比透磁率である。したがって、コンクリート構造物１２の比誘電率εｒは、コンクリートの比透磁率μｒがほぼ１であるので、
【数１３】
のように求めることができる。
【００４０】
次に上記得られた計算値に対して空隙ｄｃにより生じる屈折率の補正を行う（Ｓ５００）。
図８は空隙ｄｃの補正の説明図である。同図は第１送受信ユニット２６及び第２送受信ユニット３０の中心が鉄筋１８の真上にある場合の図である。図示のように第１送受信ユニット２６の見かけ上の送信波及び反射波は経路ｊであり、第２送受信ユニット３０の見かけ上の送信波及び反射波は経路ｋである。そしてアンテナとコンクリート構造物の間に空隙ｄｃを有する第１送受信ユニット２６の実際の送信波及び反射波を経路ｌで示し、第２送受信ユニット３０の実際の送信波及び反射波を経路ｍで示している。
【００４１】
本発明では、数式１４に示すスネルの法則に基づいて空隙ｄｃを介した実際の経路ｌ，ｍを求めている。
【数１４】
ここでθ１は鉄筋１８から受信アンテナに向かう反射波の屈折角を示し、θ２はこのときの入射角を示す。またｎ１は空気の屈折率（１．０）を示し、ｎ２はコンクリート構造体などの媒質中の屈折率（〜１．３程度）を示している。
【００４２】
まず入力パラメータとして
第１送受信ユニット２６の収束後の時間：ｔａ
第２送受信ユニット３０の収束後の時間：ｔｂ
第１送受信ユニット２６の収束後の距離：ｌａ
第２送受信ユニット３０の収束後の距離：ｌｂ
空隙の距離：ｄｃ
屈折率：ｎ
第１送受信ユニット２６のアンテナ距離：２ｘａ
第２送受信ユニット３０のアンテナ距離：２ｘｂ
第１送受信ユニット２６からの鉄筋の深さ：ｄａ
第２送受信ユニット３０からの鉄筋の深さ：ｄｂ
とする。
【００４３】
上記パラメータに基づいて、ｄａ−ｄｂ＝０となるように伝播速度ｖを変化させて収束させる（数式１５〜数式１８）。
第１送受信ユニットおよび第２送受信ユニットの収束後の各距離ｌａ，ｌｂは、収束後の各時間ｔａ，ｔｂおよび伝播速度ｖにより数式１５，１６のように表すことができる。
【数１５】
【数１６】
そして鉄筋深さｄａ，ｄｂは得られた距離ｌａ，ｌｂにより数式１７，１８のように表すことができる。
【数１７】
【数１８】
【００４４】
次に第１送受信ユニット２６の送信波及び反射波の経路について数式１９となるようにθ１を変化させて収束計算する。数式１９は、空隙ｄｃとコンクリート構造物１２の境界面と経路ｌの反射波との交点ｈに基づいて、距離ｘａを求める式である。このとき屈折角θ１の初期値は鉄筋の中心を通る垂線と見かけ上の経路ｊとの間の角度となるθａ０とし、屈折角θ１を０．１度ずつ増やしながら、数式１４のスネル法則を用いて経路ｊから経路ｌを求める。
【数１９】
ここでｘｎａはｔａｎθ１×ｄｃにより求めることができる。
【００４５】
次に上記第１送受信ユニット２６の送信波及び反射波の経路と同様に、第２送受信ユニット３０の送信波及び反射波の経路についても数式２０となるようにθ１を変化させて収束計算する。数式２０は、空隙ｄｃとコンクリート構造物１２の境界面と経路ｍの反射波との交点ｉに基づいて距離ｘｂを求める式である。このとき屈折角θ１の初期値は鉄筋の中心を通る垂線と見かけ上の経路ｋとの間の角度となるθｂ０とし、屈折角θ１を０．１度ずつ増やしながら経路ｋから、数式１４のスネル法則を用いて経路ｋから経路ｍを求める。
【数２０】
【００４６】
ここでｘｎｂはｔａｎθ１×ｄｃより求めることができる。
次に第１送受信ユニット２６の送信波及び反射波の経路と、第２送受信ユニット３０の送信波及び反射波の経路について空気中反射時間について数式２１，２２に基づいて補正計算を行う。
【数２１】
【数２２】
ここでｔａ１，ｔｂ１は補正後の第１送受信ユニット２６の収束時間、第２送受信ユニットの収束時間を示し、Ｃ０（≒２．９９８×１０８ｍ／ｓｅｃ）は真空中の伝播速度を示す。
【００４７】
以降、補正後のｔａ１，ｔｂ１を用いて上記数式１５から数式２２の演算処理を繰り返す。そして複数回、例えば５回無条件に計算した後のｄａを真のかぶり深さとし計算を終了する。
【００４８】
次に補正後のかぶり深さを表示する（Ｓ６００）。表示は、例えば横軸に距離をとり、縦軸に深さをとり、コンクリート中の鉄筋のＢモード（垂直断面像）と、計算で求めた被り深さｄを合わせて表示させている。
【００４９】
なお、実施形態において、図２に示すように深さ測定装置１０は、コンクリート構造体１２の表面を鉄筋１８の軸線と直交させて送受信部１４を左から右に向かって走査させる構成について説明したが走査方向はこれに限らない。すなわち図９に示すように深さ測定装置は、コンクリート構造体の表面を鉄筋１８の軸線と平行となるように送受信部１４を左から右に向かって走査させるようにしても同様に埋設深さを求めることができる。
【００５０】
また、前記実施形態においては、送信波として電磁波を用いた場合について説明したが、超音波を送信波に使用してもよい。また、前記実施形態においては、鉄筋１８の深さを測定する場合について説明したが、配管などの他の埋設物の深さを測定する場合にも適用することができる。そして、送信アンテナと受信アンテナとの距離を変えられるようにすることにより、送信アンテナから受信アンテナに直接回り込む電波やコンクリート構造物１２の表面で反射した電波の影響を小さくすることができ、種々の深さの埋設物を測定することができる。
【００５１】
このように、実施形態の深さ測定装置１０によれば、２組の送受信ユニット２６、３０を一体に移動させて走査することにより、得られた見かけ上の伝播時間を、空隙ｄｃにより生じる屈折率を補正して伝播時間を補正しているので、鉄筋の埋設深さの計算による誤差を低減し、正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施形態に係る測定方法の全体フローを示す。
【図２】埋設深さ測定の計測の説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る埋設物深さ測定装置の説明図である。
【図４】実施形態に係る第１送受信ユニット及び第２送受信ユニットによる反射像を説明する図である。
【図５】実施形態の鉄筋の頂部からの反射時間を求める方法の説明図である。
【図６】実施形態に係る埋設物深さ測定装置による判定結果の図である。
【図７】実施形態の鉄筋頂部の深さを求める方法を説明するフローチャートである。
【図８】空隙補正の説明図である。
【図９】走査方向の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０………深さ測定装置、１２………コンクリート構造物、１４………送受信部、１６………レーダ回路部、１８………埋設物（鉄筋）、２０………演算制御部、２２………表示部、２６………第１送受信ユニット、２８Ａ………第１送信部（第１送信アンテナ）、２８Ｂ………第１受信部（第１受信アンテナ）、３０………第２送受信ユニット、３２Ａ………第２送信部（第２送信アンテナ）、３２Ｂ………第２受信部（第２受信アンテナ）、３４………ユニット支持部、３６………距離センサ、４２………切替え部、５０………信号処理部、５２………演算部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋設深さ測定方法及びその装置に係り、特に、コンクリート構造物の鉄筋のかぶり深さを非破壊検査により効率的に測定することができる埋設深さ測定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリート構造物の鉄筋かぶり深さなど、埋設物の埋設深さを非破壊で測定する方法として、電磁波レーダ法や超音波法、電磁誘導法、Ｘ線透過撮像法などが知られている。
【０００３】
本願出願人は、効率的に埋設深さを測定する装置として特に電磁波を用いた特許文献１に示す埋設深さ測定装置を開示している。特許文献１に開示の測定装置は、送信部と受信部からなる送受信ユニットを複数備えている。各送受信ユニットは、送信部と受信部の間隔が異なっているとともに、送信部と受信部の中心を一致させて支持部に取り付けている。そして各送受信ユニットを一体としてコンクリート構造物の表面を移動させて走査することにより、各送受信ユニットの走査距離を同じにして、反射波に基づく埋設物の深さｄを求める収束計算を行っている。
【特許文献１】特開２００６−３００７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の装置は、送信アンテナと受信アンテナを走行台車からなるユニット支持部に取り付けている。そしてこの装置は走行台車をコンクリート構造物の表面を移動しながら送信アンテナが送信した電波を受信アンテナによって受信させて走査している。このときコンクリート表面は凹凸、段差など全くの平らでないことがある。よって送信アンテナ及び受信アンテナはいずれも地表面から数ｃｍ離間させて、僅かながらの隙間を設けて台車に取り付けて、アンテナと地表面との接触を回避する構成としている。
【０００５】
ところが埋設物の深さｄを求める収束計算においては、送受信アンテナと地表面との隙間を考慮せずに送受信アンテナが地表面に接していると仮定した状態で計算を行っている。一般に隙間としては空気などが考えられる。また隙間とコンクリートなどの被検査物が埋設された媒質とでは、屈折率が異なっている。このため屈折率の違いから隙間分の比誘電率が作用して埋設深さｄの計算値に誤差が生じてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、送受信アンテナと検査媒体の間の空隙に由来する埋設物の深さの測定値誤差を解消し、測定精度を上げることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る埋設深さ測定装置は、検査媒体中に埋設された埋設物の埋設深さ測定方法であって、第１送信部と第１受信部を平面上に近接配置した第１送受信ユニットの第１送受信データと、前記第１送受信ユニットと同一平面上であって第２送信部と第２受信部の中心に前記第１送受信ユニットの中心を配置した第２送受信ユニットの第２送受信データとから得られる最も短い反射時間の伝播速度を演算処理して、見かけ上の反射時間に基づく埋設物の埋設深さを求め、前記埋設物の埋設深さに対して送受信ユニットと検査媒体との間の空隙により生じる屈折率の補正を行い、実際の反射時間を求めて前記埋設物の埋設深さを補正演算することを特徴としている。
【０００８】
本発明の埋設深さの測定装置は、送信波を送信する第１送信部と反射波を受信する第１受信部を平面上に近接配置した第１送受信ユニットと、前記第１送受信ユニットと同一平面上であって第２送信部と第２受信部の中心に前記第１送受信ユニットの中心を配置した第２送受信ユニットと、前記第１送受信ユニットと前記第２送受信ユニットを一体として検査媒体を直線上に移動するユニット支持部と、前記ユニット支持部の移動による各受信部の複数の出力信号に基づいて、各送信部の送信した送信波に対応する受信部の受信した反射波を求める信号処理部と、前記信号処理部による前記反射波のうち最も短い反射時間の伝播速度を演算処理して得られた埋設物の埋設深さに対して、送受信ユニットと検査媒体との間の空隙により生じる屈折率の補正を行い、実際の反射時間を求めて前記埋設物の埋設深さを補正する演算部と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
このようになっている本発明は、送受信ユニットと地表の隙間により生じる屈折率を補正して反射波を演算処理することにより、実際の経路の伝播時間が得られる。これにより埋設深さの測定誤差を回避することができる。したがって、これまでアンテナと地表との間の隙間を考慮せずに送受信アンテナの伝播時間に基づき演算していた鉄筋の埋設深さによる測定誤差を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る埋設深さ測定方法及びその装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお、以下の実施形態においては、コンクリート構造物の鉄筋のかぶり深さの測定を例にして説明する。
【００１１】
まず始めに埋設深さ測定装置の構成について以下説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る埋設深さ測定装置の説明図である。図２は深さ測定装置の計測の説明図である。この深さ測定装置１０は、コンクリート構造物１２の表面を走査させる送受信部１４と、送受信部１４に送信波を供給すると共に、反射波を受信するレーダ回路部１６と、レーダ回路部１６を制御するとともに、反射波に基づいて鉄筋（埋設物）１８の深さ、すなわちかぶり深さを求める演算制御部２０と、演算制御部２０の求めた埋設深さを表示する表示部２２とを有している。
【００１２】
前記送受信部１４は、２組の送受信ユニットから構成してあり、４素子のアンテナが矢印によって示した走査方向２４に沿って直線状に配設してある。すなわち、送受信部１４は、走査方向２４に沿った中央部に、第１送受信ユニット２６が配置してある。第１送受信ユニット２６は、第１送信部である第１送信アンテナ２８Ａと、第１受信部である第１受信アンテナ２８Ｂとからなり、これらが相互に接するように近接配置してある。
【００１３】
一方、第２送受信ユニット３０は、第２送信部である第２送信アンテナ３２Ａと第２受信部である第２受信アンテナ３２Ｂとからなっていて、第１送受信ユニット２６を挟むように構成してある。すなわち、第２送受信ユニット３０は、第２送信アンテナ３２Ａが図３において第１送信アンテナ２８Ａの左側に、第２受信アンテナ３２Ｂが第１受信アンテナ２８Ｂの右側に配置してある。そして、実施形態の場合、第２送信アンテナ３２Ａと第１送信アンテナ２８Ａとの距離と、第１受信アンテナ２８Ｂと第２受信アンテナ３２Ｂとの距離が等しくなっている。このため、第１送受信ユニット２６と第２送受信ユニット３０との中心が一致している。
【００１４】
これらの第１送受信ユニット２６と第２送受信ユニット３０とは、走行台車からなるユニット支持部３４に取り付けてある。ユニット支持部３４は、距離センサ３６が設けてある。距離センサ３６は、送受信部１４を図示しない基準点から走査線に沿って走行させた距離を検出し、演算制御部２０に入力する。また図２（１）に示すように、第１送受信ユニット及び第２送受信ユニットはいずれもコンクリート構造物１２の表面から空隙（隙間）ｄｃを開けて設置している。
【００１５】
レーダ回路部１６には、図３に示しているように、送信機３８、受信機４０、切替え部４２が設けてある。切替え部４２は、一対のアンテナ切替え器４４、４６から構成してある。一方のアンテナ切替え器４４は、第１送信アンテナ２８Ａ、第２送信アンテナ３２Ａと送信機３８との間に設けてあり、第１送信アンテナ２８Ａと第２送信アンテナ３２Ａとを切り替えて送信機３８に接続する。他方のアンテナ切替え器４６は、受信機４０と第１受信アンテナ２８Ｂ、第２受信アンテナ３２Ｂとの間に設けてあり、第１受信アンテナ２８Ｂと第２受信アンテナ３２Ｂとを切り替えて受信機４０に接続する。送信機３８は、電波からなる送信波を生成してアンテナ切替え器４４を介して送信アンテナ２８Ａ、３２Ａに供給する。受信機４０は、受信アンテナ２８Ｂ、３２Ｂで受信した鉄筋１８からの反射波（エコー）を復調する。
【００１６】
演算制御部２０は、レーダ制御部４８、信号処理部５０、演算部５２、メモリ５４を備えている。レーダ制御部４８は、所定時間ごとに送信機３８を駆動して送信波を出力させるとともに、切替え部４２を切替え制御して、第１送信アンテナ２８Ａと第２送信アンテナ３２Ａとを切り替えて送信機３８に接続するとともに、これに同期して第１受信アンテナ２８Ｂと第２受信アンテナ３２Ｂとを切り替えて受信機４０に接続する。このレーダ制御部４８が出力する送信機３８の駆動信号、切替え部４２の切替え制御信号は、信号処理部５０にも与えられる。
信号処理部５０は、受信機４０の出力信号に基づいて、反射波の強度に応じた信号を演算部５２に入力する。
【００１７】
演算部５２は、送受信部１４に設けた距離センサ３６の出力信号が入力するようになっていて、距離センサ３６と信号処理部５０の出力信号とを対応させてメモリ５４に書き込むとともに、詳細を後述するように、鉄筋１８からの反射波による像を生成し、また鉄筋１８のかぶり深さを演算するとともに、空隙ｄｃにより生じる屈折率の補正を行い表示部２２に出力して表示するとともに、メモリ５４に書き込む。
【００１８】
このようになっている深さ測定装置１０による鉄筋１８のかぶり深さの測定は次のように行う。
図１は埋設深さ測定方法の全体フロー図を示している。以下このフロー図に従って説明する。まず深さ測定装置１０による鉄筋１８の計測を行い、鉄筋１８の水平位置を求める（Ｓ２００）。
【００１９】
最初に深さ測定装置１０を鉄筋１８が埋設されたコンクリート構造物１２上に配置する。図２（１）〜（３）に示すように、コンクリート構造物１２の表面を鉄筋１８の軸線と直交させて送受信部１４を左から右に向かって走査させる。
【００２０】
このとき送信機３８は送信波を生成し、送信アンテナ２８Ａ、３２Ａから予め定めた所定間隔で送信波を発している。そして受信アンテナ２８Ｂ、３２Ｂで送信波を受信し、受信機４０で復調する。走査線上の各位置において、第１送信アンテナ２８Ａ、第２送信アンテナ３２Ａを切り替えて送信機３８に接続し、これに同期して第１受信アンテナ２８Ｂ、第２受信アンテナ３２Ｂを切り替えて受信機４０に接続し、第１受信アンテナ２８Ｂと第２受信アンテナ３２Ｂとの受信データを、演算制御部２０の信号処理部５０において連続的に収集し、演算部５２に送出する。
【００２１】
深さ測定装置１０は、図２（１）に示すように第１送受信ユニットの送受信の反射時間ｔａおよび第２送受信ユニットの送受信の反射時間ｔｂが鉄筋１８の真上に近づくまでは次第に短くなる（ｔ１ａ，ｔ１ｂ）。そして図２（２）に示すように深さ測定装置１０が鉄筋１８の真上に来たとき反射時間ｔａ，ｔｂは最も短くなる（ｔ２ａ，ｔ２ｂ）。鉄筋１８の真上を通過した後は、図２（３）に示すように徐々に反射時間ｔａ，ｔｂは長くなる（ｔ３ａ，ｔ３ｂ）。
【００２２】
次に鉄筋の検出を行う（Ｓ３００）。
まず演算部５２は、信号処理部５０の出力する受信データを距離センサ３６の出力する走査基点からの走査距離信号とともにメモリ５４に書き込む。さらに、演算部５２は、信号処理部５０と距離センサ３６とから入力したデータに基づいて、コンクリート構造物１２のＢモードの像（垂直断面像）を生成し、表示部２２に表示するとともに、メモリ５４に書き込む。
【００２３】
図４は実施形態に係る第１送受信ユニット及び第２送受信ユニットによる反射像を説明する図である。同図の横軸は走査距離を示し、縦軸は時間（ｔ）を示している。第１受信アンテナ２８Ｂの受信した鉄筋１８からの反射波によるＢモードの像は、同図（１）に示すように、三日月状（逆双曲線パターン）の反射像５６として表示される。同様に、第２受信アンテナ３２Ｂの受信した鉄筋１８からの反射波によるＢモードの像は、（２）に示すように、三日月状の反射像５８として表示される。
【００２４】
表示部２２は、実施形態の場合、第１送受信ユニット２６により得られた反射像５６と、第２送受信ユニット３０により得られた反射像５８とを上下に並べて表示するようになっている。第１送受信ユニット２６の第１受信アンテナ２８Ｂの受信データによる反射像５６と、第２送受信ユニット３０の第２受信アンテナ３２Ｂの受信データによる反射像５８とは、それぞれに対応して送信アンテナ２８Ａ、３２Ａが設けられて一体に移動させられるため、各送信アンテナ２８Ａ、３２Ａの送信波の同一鉄筋１８からの反射像５６、５８が同じ走行（走査）距離Ｌｘの位置に表示される。
【００２５】
鉄筋の抽出方法は、第１送受信ユニットおよび第２送受信ユニットについていずれも深さ測定装置の移動方向Ｘの各位置において表面から所定深度（例えば２０ｃｍ）までの反射データのピークをサーチしてその深さｄｊを求める。
【００２６】
第２送受信ユニットの鉄筋反射時間が第１送受信ユニットに対してｔ１ｂ−ｔ１ａだけ深いところにあるかどうかを調べて合致していれば鉄筋１８の反射とする。それ以外の反射波は無効データとして移動方向Ｘ上の次の測定位置に移動する。
【００２７】
この鉄筋反射の第１送受信ユニット及び第２送受信ユニットの深さの合計値の最小点（ｌ２ａ+ｌ２ｂ）になるところを真の鉄筋位置Ｘｎ、および深度ｙｎとする。
ここでコンクリート構造体１２の伝播速度をｖとし、鉄筋が図２（１）〜（３）の場所の第１送受信ユニットの反射時間は次のように表すことができる。
【数１】
このときｔ１ａ〜ｔ３ａはそれぞれ、図２（１）〜（３）の場所における第１送受信ユニットの反射時間を示し、ｌ１ａ〜ｌ３ａはそれぞれ図２（１）〜（３）の場所における第１送受信ユニットの伝播距離を示す。上記反射時間ｔ１ａ〜ｔ３ａは、図４（１）に示すように矢印ａのｔ１ａ／２から矢印ｂのｔ２ａ／２に向かって反射時間が短くなり、鉄筋１８直上を通過後（矢印ｂ）、矢印ｂから矢印ｃのｔ３ａ／２に向かって反射時間が長くなる。
【００２８】
また第２送受信ユニットの反射時間は次のように表すことができる。
【数２】
ここでｔ１ｂ〜ｔ３ｂはそれぞれ、図２（１）〜（３）の場所における第１送受信ユニットの反射時間を示し、ｌ１ｂ〜ｌ３ｂはそれぞれ図２（１）〜（３）の場所における第１送受信ユニットの伝播距離を示す。上記反射時間ｔ１ｂ〜ｔ３ｂは、図４（２）に示すように矢印ａ１のｔ１ｂ／２から矢印ｂ１のｔ２ｂ／２に向かって反射時間が短くなり、鉄筋１８直上を通過後（矢印ｂ１）、矢印ｂ１から矢印ｃ１のｔ３ｂ／２に向かって反射時間が長くなる。なお、第２送受信ユニットは第１送受信ユニットよりも伝播距離が長いため（例えばｌ１ｂ−ｌ１ａ）、反射時間が長くなる（例えば矢印ｂ１＞矢印ｂ）。
【００２９】
これらの反射像５６、５８において、鉄筋１８の頂部からの反射波が最も浅く表示される。すなわち三日月パターンの頂点位置Ｐ（Ｐ１、Ｐ２）のデータが得られたときが、送信アンテナ、受信アンテナの中間点が鉄筋１８の真上となることから、鉄筋１８の水平位置が特定できる。これは距離センサ３６により走査起点から移動距離（走査距離）をカウントしておくことにより、走査起点からの距離Ｌｘとして算出すればよい。鉄筋１８からの反射波の波形データ（Ａモード）６８は、図５に示したようになる。したがって、演算部５２は、鉄筋１８の頂部Ｐからの反射波がアンテナの回り込み波を除けば最大となるので、信号処理部５０から入力する反射強度（エコー強度）の受信データを比較することにより、鉄筋頂部Ｐからの反射時間（送信アンテナが送信波を送信してから受信アンテナが反射を受信するまでの時間）を容易に自動計算することができる。この結果、図６に示したような判定結果の図が得られる。
【００３０】
演算部５２は、上記のようにして第１送受信ユニット２６による鉄筋頂部の反射時間２ｔａ（以下図２（２）のｔ２ａ／２に相当）と、第２送受信ユニット３０による鉄筋頂部の反射時間２ｔｂ（以下図２（２）のｔ２ｂ／２に相当）を求めると、次のようにして鉄筋１８の頂部Ｐの深さ（鉄筋かぶり深さ）ｄが求まる。
【００３１】
鉄筋かぶり深さｄの計算は以下のように行う（Ｓ４００）。
第１送受信ユニット２６の第１送信アンテナ２８Ａと第１受信アンテナ２８Ｂとの中心間距離を２ｘa、第２送受信ユニット３０の第２送信アンテナ３２Ａと第２受信アンテナ３２Ｂとの中心間距離を２ｘbとする（図２参照）。また、第１送受信ユニット２６の中心が鉄筋１８の真上にある場合、第１送信アンテナ２８Ａの中心と鉄筋１８の頂部Ｐとの距離をＳa（以下図２（２）のｌ２ａ／２に相当）とし、第２送受信ユニット３０の中心が鉄筋１８の真上にある場合、第２送信アンテナ３２Ａの中心と鉄筋１８の頂部Ｐとの距離をＳb（以下図２（２）のｌ２ｂ／２に相当）とする。
【００３２】
このとき、送信アンテナが送信した送信波が鉄筋頂部で反射されて受信アンテナで受信されるまでの時間（反射時間）２ｔａとｘa、Ｓaとの間、および反射時間２ｔｂとｘb、Ｓbとの間には、コンクリート構造物１２中の電波（送信波）の伝播速度をｖ、鉄筋１８の頂部Ｐの深さをｄとした場合、次の数式３、数式４の関係がある。
【数３】
【数４】
【００３３】
電波の伝播速度ｖは、媒質（コンクリート構造物１２）の比誘電率に依存する。しかし、コンクリート構造物１２の比誘電率は、コンクリート構造物１２を構成している骨材の種類や量、含水量などによって異なるため、一般に知ることができない。そこで、上記の数式３、数式４を連立方程式として解くことにより、深さ（鉄筋かぶり深さ）ｄを求める。この実施形態においては、図７に示した手順によって深さｄの近似値を求めるようにしている。
【００３４】
まず、数式３において、ｄ＝ｄ０＝０と仮定し、電波のコンクリート構造物１２中における仮の伝播速度ｖ´を求める（ステップ１００）。すなわち、
【数５】
【数６】
を演算する。
【００３５】
次に、数式６として求めた仮の伝播速度ｖ´を数式４に代入して深さｄ（＝ｄn）を演算する（ステップ１０２）。
【数７】
【数８】
【数９】
【００３６】
次に、数式１０に示す収束条件を満足しているか否かを判断する（ステップ１０４）。この場合、ｄn−１＝ｄ０＝０であり、ｄnは数式９によって求めた値である。また、δは、深さｄをどの程度の精度まで求めるかによって異なり、例えば深さｄをｍｍの精度まで求めたい場合、δ＝０．１ｍｍとする。
【数１０】
【００３７】
演算部５２は、ステップ１０４において収束条件を満足していない場合、数式３に数式９によって求めたｄnを代入し、再び伝播速度ｖ´を演算する（ステップ１０６）。
【数１１】
【００３８】
さらに、ステップ１０６からステップ１０２に戻り、数式１１によって求めた伝播速度ｖ´を数式４に代入してｄnを算出し、ステップ１０４の収束条件を満足しているか否かを判断する。収束条件が満足されていない場合、ステップ１０２からステップ１０６までの処理が収束条件を満足するまで繰り返される。演算部５２は、上記のようにして収束条件が満足されると、鉄筋１８のかぶり深さｄ、コンクリート構造物１２中の電波の伝播速度ｖをメモリ５４に書き込むとともに、表示部２２に出力する（ステップ１０８）。
【００３９】
なお、演算部５２は、上記のようにして求めた電磁波の速度ｖを用いて、必要に応じてコンクリートの比誘電率εを求めて出力する。すなわち、媒質中の電磁波の伝播速度ｖは、
【数１２】
のように求めることができる。ただし、ｃは真空中における光の速度、εｒはコンクリートの比誘電率、μｒはコンクリートの比透磁率である。したがって、コンクリート構造物１２の比誘電率εｒは、コンクリートの比透磁率μｒがほぼ１であるので、
【数１３】
のように求めることができる。
【００４０】
次に上記得られた計算値に対して空隙ｄｃにより生じる屈折率の補正を行う（Ｓ５００）。
図８は空隙ｄｃの補正の説明図である。同図は第１送受信ユニット２６及び第２送受信ユニット３０の中心が鉄筋１８の真上にある場合の図である。図示のように第１送受信ユニット２６の見かけ上の送信波及び反射波は経路ｊであり、第２送受信ユニット３０の見かけ上の送信波及び反射波は経路ｋである。そしてアンテナとコンクリート構造物の間に空隙ｄｃを有する第１送受信ユニット２６の実際の送信波及び反射波を経路ｌで示し、第２送受信ユニット３０の実際の送信波及び反射波を経路ｍで示している。
【００４１】
本発明では、数式１４に示すスネルの法則に基づいて空隙ｄｃを介した実際の経路ｌ，ｍを求めている。
【数１４】
ここでθ１は鉄筋１８から受信アンテナに向かう反射波の屈折角を示し、θ２はこのときの入射角を示す。またｎ１は空気の屈折率（１．０）を示し、ｎ２はコンクリート構造体などの媒質中の屈折率（〜１．３程度）を示している。
【００４２】
まず入力パラメータとして
第１送受信ユニット２６の収束後の時間：ｔａ
第２送受信ユニット３０の収束後の時間：ｔｂ
第１送受信ユニット２６の収束後の距離：ｌａ
第２送受信ユニット３０の収束後の距離：ｌｂ
空隙の距離：ｄｃ
屈折率：ｎ
第１送受信ユニット２６のアンテナ距離：２ｘａ
第２送受信ユニット３０のアンテナ距離：２ｘｂ
第１送受信ユニット２６からの鉄筋の深さ：ｄａ
第２送受信ユニット３０からの鉄筋の深さ：ｄｂ
とする。
【００４３】
上記パラメータに基づいて、ｄａ−ｄｂ＝０となるように伝播速度ｖを変化させて収束させる（数式１５〜数式１８）。
第１送受信ユニットおよび第２送受信ユニットの収束後の各距離ｌａ，ｌｂは、収束後の各時間ｔａ，ｔｂおよび伝播速度ｖにより数式１５，１６のように表すことができる。
【数１５】
【数１６】
そして鉄筋深さｄａ，ｄｂは得られた距離ｌａ，ｌｂにより数式１７，１８のように表すことができる。
【数１７】
【数１８】
【００４４】
次に第１送受信ユニット２６の送信波及び反射波の経路について数式１９となるようにθ１を変化させて収束計算する。数式１９は、空隙ｄｃとコンクリート構造物１２の境界面と経路ｌの反射波との交点ｈに基づいて、距離ｘａを求める式である。このとき屈折角θ１の初期値は鉄筋の中心を通る垂線と見かけ上の経路ｊとの間の角度となるθａ０とし、屈折角θ１を０．１度ずつ増やしながら、数式１４のスネル法則を用いて経路ｊから経路ｌを求める。
【数１９】
ここでｘｎａはｔａｎθ１×ｄｃにより求めることができる。
【００４５】
次に上記第１送受信ユニット２６の送信波及び反射波の経路と同様に、第２送受信ユニット３０の送信波及び反射波の経路についても数式２０となるようにθ１を変化させて収束計算する。数式２０は、空隙ｄｃとコンクリート構造物１２の境界面と経路ｍの反射波との交点ｉに基づいて距離ｘｂを求める式である。このとき屈折角θ１の初期値は鉄筋の中心を通る垂線と見かけ上の経路ｋとの間の角度となるθｂ０とし、屈折角θ１を０．１度ずつ増やしながら経路ｋから、数式１４のスネル法則を用いて経路ｋから経路ｍを求める。
【数２０】
【００４６】
ここでｘｎｂはｔａｎθ１×ｄｃより求めることができる。
次に第１送受信ユニット２６の送信波及び反射波の経路と、第２送受信ユニット３０の送信波及び反射波の経路について空気中反射時間について数式２１，２２に基づいて補正計算を行う。
【数２１】
【数２２】
ここでｔａ１，ｔｂ１は補正後の第１送受信ユニット２６の収束時間、第２送受信ユニットの収束時間を示し、Ｃ０（≒２．９９８×１０８ｍ／ｓｅｃ）は真空中の伝播速度を示す。
【００４７】
以降、補正後のｔａ１，ｔｂ１を用いて上記数式１５から数式２２の演算処理を繰り返す。そして複数回、例えば５回無条件に計算した後のｄａを真のかぶり深さとし計算を終了する。
【００４８】
次に補正後のかぶり深さを表示する（Ｓ６００）。表示は、例えば横軸に距離をとり、縦軸に深さをとり、コンクリート中の鉄筋のＢモード（垂直断面像）と、計算で求めた被り深さｄを合わせて表示させている。
【００４９】
なお、実施形態において、図２に示すように深さ測定装置１０は、コンクリート構造体１２の表面を鉄筋１８の軸線と直交させて送受信部１４を左から右に向かって走査させる構成について説明したが走査方向はこれに限らない。すなわち図９に示すように深さ測定装置は、コンクリート構造体の表面を鉄筋１８の軸線と平行となるように送受信部１４を左から右に向かって走査させるようにしても同様に埋設深さを求めることができる。
【００５０】
また、前記実施形態においては、送信波として電磁波を用いた場合について説明したが、超音波を送信波に使用してもよい。また、前記実施形態においては、鉄筋１８の深さを測定する場合について説明したが、配管などの他の埋設物の深さを測定する場合にも適用することができる。そして、送信アンテナと受信アンテナとの距離を変えられるようにすることにより、送信アンテナから受信アンテナに直接回り込む電波やコンクリート構造物１２の表面で反射した電波の影響を小さくすることができ、種々の深さの埋設物を測定することができる。
【００５１】
このように、実施形態の深さ測定装置１０によれば、２組の送受信ユニット２６、３０を一体に移動させて走査することにより、得られた見かけ上の伝播時間を、空隙ｄｃにより生じる屈折率を補正して伝播時間を補正しているので、鉄筋の埋設深さの計算による誤差を低減し、正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施形態に係る測定方法の全体フローを示す。
【図２】埋設深さ測定の計測の説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る埋設物深さ測定装置の説明図である。
【図４】実施形態に係る第１送受信ユニット及び第２送受信ユニットによる反射像を説明する図である。
【図５】実施形態の鉄筋の頂部からの反射時間を求める方法の説明図である。
【図６】実施形態に係る埋設物深さ測定装置による判定結果の図である。
【図７】実施形態の鉄筋頂部の深さを求める方法を説明するフローチャートである。
【図８】空隙補正の説明図である。
【図９】走査方向の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０………深さ測定装置、１２………コンクリート構造物、１４………送受信部、１６………レーダ回路部、１８………埋設物（鉄筋）、２０………演算制御部、２２………表示部、２６………第１送受信ユニット、２８Ａ………第１送信部（第１送信アンテナ）、２８Ｂ………第１受信部（第１受信アンテナ）、３０………第２送受信ユニット、３２Ａ………第２送信部（第２送信アンテナ）、３２Ｂ………第２受信部（第２受信アンテナ）、３４………ユニット支持部、３６………距離センサ、４２………切替え部、５０………信号処理部、５２………演算部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査媒体中に埋設された埋設物の埋設深さ測定方法であって、
第１送信部と第１受信部を平面上に近接配置した第１送受信ユニットの第１送受信データと、前記第１送受信ユニットと同一平面上であって第２送信部と第２受信部の中心に前記第１送受信ユニットの中心を配置した第２送受信ユニットの第２送受信データとから得られる最も短い反射時間の伝播速度を演算処理して、見かけ上の反射時間に基づく埋設物の埋設深さを求め、
前記埋設物の埋設深さに対して送受信ユニットと検査媒体との間の空隙により生じる屈折率の補正を行い、実際の反射時間を求めて前記埋設物の埋設深さを補正演算することを特徴とする埋設深さ測定方法。
【請求項２】
送信波を送信する第１送信部と反射波を受信する第１受信部を平面上に近接配置した第１送受信ユニットと、
前記第１送受信ユニットと同一平面上であって第２送信部と第２受信部の中心に前記第１送受信ユニットの中心を配置した第２送受信ユニットと、
前記第１送受信ユニットと前記第２送受信ユニットを一体として検査媒体を直線上に移動するユニット支持部と、
前記ユニット支持部の移動による各受信部の複数の出力信号に基づいて、各送信部の送信した送信波に対応する受信部の受信した反射波を求める信号処理部と、
前記信号処理部による前記反射波のうち最も短い反射時間の伝播速度を演算処理して得られた埋設物の埋設深さに対して、送受信ユニットと検査媒体との間の空隙により生じる屈折率の補正を行い、実際の反射時間を求めて前記埋設物の埋設深さを補正する演算部と、
を有することを特徴とする埋設深さ測定装置。
【請求項１】
検査媒体中に埋設された埋設物の埋設深さ測定方法であって、
第１送信部と第１受信部を平面上に近接配置した第１送受信ユニットの第１送受信データと、前記第１送受信ユニットと同一平面上であって第２送信部と第２受信部の中心に前記第１送受信ユニットの中心を配置した第２送受信ユニットの第２送受信データとから得られる最も短い反射時間の伝播速度を演算処理して、見かけ上の反射時間に基づく埋設物の埋設深さを求め、
前記埋設物の埋設深さに対して送受信ユニットと検査媒体との間の空隙により生じる屈折率の補正を行い、実際の反射時間を求めて前記埋設物の埋設深さを補正演算することを特徴とする埋設深さ測定方法。
【請求項２】
送信波を送信する第１送信部と反射波を受信する第１受信部を平面上に近接配置した第１送受信ユニットと、
前記第１送受信ユニットと同一平面上であって第２送信部と第２受信部の中心に前記第１送受信ユニットの中心を配置した第２送受信ユニットと、
前記第１送受信ユニットと前記第２送受信ユニットを一体として検査媒体を直線上に移動するユニット支持部と、
前記ユニット支持部の移動による各受信部の複数の出力信号に基づいて、各送信部の送信した送信波に対応する受信部の受信した反射波を求める信号処理部と、
前記信号処理部による前記反射波のうち最も短い反射時間の伝播速度を演算処理して得られた埋設物の埋設深さに対して、送受信ユニットと検査媒体との間の空隙により生じる屈折率の補正を行い、実際の反射時間を求めて前記埋設物の埋設深さを補正する演算部と、
を有することを特徴とする埋設深さ測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２９８６３３（Ｐ２００８−２９８６３３Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４６０４６（Ｐ２００７−１４６０４６）
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【出願人】（５０５３９８９６３）西日本高速道路株式会社 (105)
【出願人】（５０１４９７２６４）西日本高速道路エンジニアリング四国株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【出願人】（５０５３９８９６３）西日本高速道路株式会社 (105)
【出願人】（５０１４９７２６４）西日本高速道路エンジニアリング四国株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
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