WO2002018927A1

WO2002018927A1 - Dispositif de controle de structure

Info

Publication number: WO2002018927A1
Application number: PCT/JP2000/005797
Authority: WO
Inventors: Takashi Shimada; Kanji Matsuhashi
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha; Matsuhashi Techno Research Co., Ltd.
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2002-03-07
Also published as: JP3813580B2; EP1236996A1; US6880403B1; EP1236996A4

Description

技術分野

この発明は、コンクリト構造物の内部の異常或いは欠陥を検出する装置に関するものである。明

背景技術

図 1 7は、例えば特開平 7— 2 0 0 9田 7号公報に示された、打音の音圧レベルをマイク口フォンなどの音圧検出装置で検出して、音圧レベルから内部の欠陥を検出する従来の装置である。図 1 7において、 2 0 0 1はコンクリート製品、 2 0 0 3はハンマへッド 2 0 0 2を有するハンマ装置、 2 0 0 5は高速フーリエ変換器で、騒音計 2 0 0 4及ぴ表示装置 2 0 0 6に接続されている。

次に、上記従来例の動作について説明する。従来、このような非破壊検査は、 '検査員が測定面を検查用のハンマで軽打し、そのとき発生する打音の音色の違いにより、コンクリート構造物の内部に存在する欠陥を検出していた。この方法は人間の官能による検査であり、判定基準が一定とならず、検査員の経験や勘、熟練度により検查結果にばらつきが生じ、検査結果の記録も曖昧なものとなっていた。

また、超音波を用いた非破壊検査を適用する試みも行われているが、従来の探査子で効率良く出力される帯域が数 1 0 0 k H z以上であり、その波長によりコンクリート内部の骨材による散乱を受けやすく、探查可能な範囲が表層から浅いところに限定されていた。さらに、検査の際に、測定面を研磨した上にグリース等を塗布して音響インピ一ダンスをマッチングさせ、音波を測定対象に伝達させる必要があるため、測定の準備に時間を要し、実用的な作業性に関しても問題がある。

打音による検査を定量的に評価する方法として、例えば特開平 7— 2 0 0 9 7 号公報には、騒音計により打音の音圧を検出し、そのレベルで内部の欠陥を識別する方法が示されている。従来のこのような検査装置では、コンクリート製品 2 0 0 1を、ハンマへッド 2 0 0 2を取りつけたハンマ装置 2 0 0 3を用いて一定の衝撃力で軽打する。そのときに発生する打音を騒音計 2 0 0 4で集音して、電気信号に変換する。電気信号に変換された打音を高速フーリエ変換器 2 0 0 5で記録し、表示装置 2 0 0 6で出力する。

打撃によりコンクリート製品 2 0 0 1に発生する衝撃がその表面の振動となり、この振動が界面の空気を振動させて音として伝播する。この音が騒音計 2 0 0 4等の集音装置を介して電気信号に変換される。コンクリート製品 2 0 0 1の内部に機械強度の低下した異常が存在する場合には、表面に発生する振動の大きさや周波数が異常のない健全な場合と異なり、発生する音の大きさや周波数もそれに応じて異なる。このため、電気信号に変換された衝撃音の振動周波数や音圧レベルを比較することで、内部の欠陥が検知できる。

ところが、このような従来の方法では、ハンマの材質、形状で決まる共振音が外部からの衝撃によりハンマ自体から発生し、この共振音が測定面の打撃音に混入するため、ハンマの種類により同一箇所でも異なる打撃音が観測され、異常判定の障害となっていた。さらに、周辺の騒音が著しく打撃音のレベルを越えた場合や、打撃の残響が混入する場合、打撃音を正しく識別できないという問題があつた ₀ · .

また、打撃角度や打撃面の形状により測定面に発生する振動が変化するために · 、発生する衝撃音の特性も変化して誤診に繋がる場合があった。

さらに、打撃点と集音装置の距離やその方向などにより検出した打撃音のレべルが大きく変動するため、集音装置と打点の距離が変わる毎に集音装置の設置位置や方向を修正する力、判定基準の設定値を変更する必要があった。

このため、一定基準の下で打撃音を定量化し、内部の異常を検出するには、ハンマの形状を選定したり、測定環境を一定にする必要があるなどの問題があった発明の開示

本発明は以上のような問題を解決しょうとするものであり、振動を検出するセンサを直接測定面に接触させることで、測定面に発生する振動を空気などの媒体を介することなく直接電圧に変換して当該測定面に発生する振動を定量化して、周辺の騒音やハンマの形状によらずに、コンクリート構造物の内部の状態を客観的に評価できる構造物診断装置及び構造物診断方法を提供することを目的とする本発明の一側面によれば、コンクリート構造物の測定対象物に弹性波を発生させる加振装置と、前記測定対象物の表面に接触させて、前記加振装置により前記測定対象物の表面に発生した弹性振動の所定の周波数範囲の成分を検出する振動検出器と、前記振動検出器の出力信号の最大振幅を表示する表示装置とを備える構造物診断装置が提供される。 . .

好ましくは、前記振動検出器は、錘と、一端を前記測定対象物と接触'しうる接触子に接続されると共に、他端を前記錘に接続されたばねと、前記錘に接続され、該錘の振動を電気信号に変換する振動センサとを備え、前記錘の質量.と前記ばねのばね定数で決まる共振周波数を前記所定の周波数範囲に設定し、前記振動せンサにより、前記測定対象物の表面に発生させた弾性振動の前記所定の周波数範囲の成分を検出するものである。 . '

好ましくは、前記振動検出器は、前記測定対象物と接触しうる接触子に接続され、曲げ歪により透磁率が変ィ匕する金属材料よりなるばねと、前記ばねをコア材として該ばねの周囲に酉己設されたコイルと、前記ばねに接続された錘とを備え、前記測定対象物の表面に発生させた弾性振動により前記ばねに発生した'曲げ歪みを前記コイルにより検出するものである。

好ましくは、前記加振装置は、前記測定対象物を加振して弾性波を発生させる打撃部と、前記打撃部に固定したコイルと、前記コイルに接続され、 '該コイルの一方向にのみ電流を流すダイォードと、前記コイルの近傍において前記打撃部の周囲に固定して配置され、該コイルの振動方向に磁界を発生させる磁石とを備え、前記磁石と前記コイルとの電磁相互作用により、前記打撃部の振動の一方向にのみダンピングを生じさせるものである。

好ましくは、前記加振装置は、前記測定面に弾性波を発生させる打撃部と、前記打撃部を収納するチャンバ一と、前記チャンバ一内に圧力媒体を注入して、前記打撃部を前記チャンバ一から外部へ突出させる打撃部作動機構とを備え、前記打撃部作動機構は、前記打撃部により一定の加振力で前記測定面に弾性波を発生させるものである。

好ましくは、前記打撃部作動機構は、前記チャンバ一内に圧力媒体を注入するィンジヱクタと、前記チヤンバーと前記測定面との距離が所定値になったとき、前記チヤンバーへ圧力媒体を供給する圧力媒体供給機構とを備えるものである。好ましくは、前記圧力媒体供給機構は、前記圧力媒体を貯留するボンベと、前記ボンべ内の圧力媒体の圧力を調圧する圧力レギュレータと、前記ボンべ内の圧力媒体を前記圧力レギュレータを介して前記ィンジェクタへ供給するための供給スィッチと、前記チャンバ一と前記測定面との距離が所定値になったとき、前記供給スィツチをトリガするトリガ機構とを備えるものである。

好ましくは、前記圧力媒体供給機構は、前記インジェクタに接続されて前記圧力媒体を供給するコンプレッサと、前記コンプレッサ内の圧力媒体を前記ィンジェクタへ供給するための供給スイッチと、前記チャンバーと前記測定面と'の距離が所定値になったとき、.前記供給スィツチをトリガするトリガ機構とを備えるものである。 ·

好ましくは、前記圧力媒体供給機構は、一端を前記加振装置の筐体に接続されると共に、他端を前記トリガ機構に接続され、該トリガ機構を前記供給スィッチから離れるように付勢するばねを更に備えるものである。 ·

好ましくは、前記表示装置は、前記振動検出器に接続された入力端子と出力端子を有するアンプと、前記アンプの出力端子に接続された第 1入力端子と、参照電圧を印加される第 2入力端子と、出力端子とを有し、前記第 1入力端子の入力電圧が前記第 2入力端子の参照電圧を超えたとき前記出力端子より出力を発生する、互いに並列に配置された複数のコンパレータと、前記各コンパレータの出力端子に各々接続された複数の表示部とを備え、前記各コンパレータの出力端子に印加される参照電圧が異なる値に設定されるものである。

好ましくは、前記弾性振動の所定の周波数範囲は数 k H _Z以下である。

本発明の他の側面によれば、コンクリート構造物の内部欠陥を検出する構造物診断方法において、測定対象物の測定面に弾性波を一定の力で発生させる第 1の工程と、前記第 1の工程において前記測定面に発生した振動を電気信号に変換して、その電気信号の所定の周波数範囲の成分の最大振幅を求める第 2の工程と、

f 前記電気信号の最大値を予め定められた閾値と比較して、前記構造物の内部欠陥の存在を検出する第 3の工程とを備える構造物診断方法が提供される。

好ましくは、前記電気信号の所定の周波数範囲は数 k H z以下である。

尚、本発明で問題とする内部欠陥とは、コンクリート構造物の内部に発生したクラックゃ表層の剥離、またはジヤンカと呼ばれる、セメントが不均一でその配合比が所定の範囲よりも低くなつて骨材の比率が高くなり機械的な強度が所定範囲以下に低下した部分を表すものである。

内部欠陥の存在する部位と健全な部分との振動振幅レベルには、図.1 2に示すような関係があり、振動振幅レベルにより両者を識別でき、さらにコンクリート構造物の表層の剥離または内部に発生したクラック等の欠陥に対しては、図 1 3 に示す関係より.、表面から欠陥部までの距離（深さ）を推定することができる。

'図面の簡単な説明

図 1はこの発明の実施の形態 1に係る構造物診断装置の構成を示すプロッグ図' である。

図 2はコンクリート構造物の打撃時の周波数応答波形を示す波形図である。図 3はこの発明の振動検出器の振動特性を示す波形図である。

図 4はこの発明によるコンクリート構造物に内部欠陥が無い場合の打撃時の.応答波形を示す波形図である。

図 5はこの発明によるコンクリ一ト構造物に内部欠陥が有る場合の打撃時の応答波形を示す波形図である。

図 6はこの発明の実施の形態 1に係る表示装置の構成の一例を示すブロック図である。

図 7はその表示装置の動作を示すグラフである。

図 8はこの発明の実施の形態 1に係る振動検出器の概略構成を示す図である。図 9はこの発明の実施の形態 1に係る加振装置の構成を示すもので、（ a ) 、 ( b ) 及び（c ) は各々異なる作動状態を表している。

図 1 0はその加振装置の一部拡大図である。

図 1 1はこの発明の実施の形態 2に係る構造物診断方法を示すフローチヤ一トである。図 1 2はこの発明によるコンクリート構造物の振動振幅レベルと内部欠陥の関連を示す図である。

図 1 3はこの発明によるコンクリート構造物の振動振幅レベルと測定面から内部欠陥までの距離の関係を示す図である。

図 1 4はこの発明の実施の形態 3に係る振動検出器の構成を示す図である。図 1 5はこの発明の実施の形態 4に係る加振装置を示す図である。

図 1 6はこの発明の実施の形態 5に係る表示装置の構成の他の例を示すプロック図である。

図 7は従来の構造物診断装置の概略構成の一例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

実施の形態 1.

. 図 1は本発明の実施の形態 1による構造物診断装置の概略構成を示すプ口'ック図である。図 1に示すように、本実施の形態 1の構造物診断装置は、コンクリート建造物 1 4の振動を検出する振動検出器 1 1と、コンクリート建造物 1 4に振動を加える加振装置 1 ·2と、振動検出器 1 1で検出された振動を表示する表示装置 1 3とを有する。 .

図 2 (a)'及び（）は、表示装置 1 3に表示されるコンクリート構造物 1 4 の加振応答状態を示しており、図 2 (a) は内部欠陥をもつ部位の振動特性、図 2 (b) は内部欠陥の無い健全な部位の振動特性を示す。図 3は振動検出器 1 1 の振動特性を示す。

図 4 (a) 、図 4 (b) 及ぴ図 5 (a) 、図 5 (b) はコンクリート構造物 1

4のインパルス応答として、一定の高さから一定の質量の鉄球を落下させ、振動検出器 1 1で検出された波形を時間軸上で示したものである。図 4 (a) は内部異常が存在する部位、図 4 (b) は健全部位での振動波形を示す。一方、図 5 ( a) 及ぴ図 5 (b) はそのときの衝擊音をマイクロフォンにより検出し、同一帯域の通過帯域を持つパンドパスフィルタを通した後の波形を示す。図 5 (a) は内部欠陥の存在する部位で観測された応答、図 5 (b) は内部欠陥の存在しない健全な部位で観測された応答をそれぞれ示す。

b 図 6は表示装置 1 3の構成の一例を示すプロック図である。図 6に示すように、表示装置 1 3は、入力端子 5 1— 1が入力信号線 5 0に接続されたアンプ 5 1 、比較信号入力端子 5 2— 1がアンプ 5 1の出力端子 5 1— 2に接続されると共に、参照入力端子 5 2— 2が参照電源に接続されたコンパレータ 5 2、コンパレータ 5 2の出力端子 5 2— 3に接続された L E D 5 3を有する。'

図 7はコンパレータ 5 2の動作を示す時間軸波形を示しており、 V i ϋはコンパレータ 5 2の比較信号入力端子 5 2 - 1の入力電圧を、 V οはコンパレータ 5 2の参照入力端子 5 2— 2の参照入力電圧を、 V o u tはコンパレータ 5 2の出力端子 5 2— 3のをそれぞれ示している。

、図 8は振動検出器 1 1の構成を示す図であり、振動検出器 1 1は、錘 1 1 1に、ばね 1 1 2を介して接触子 1 1 3を接続して構成される。錘 1 1 1はばね 1 1 2と接続されており、さらに接触子 1 1 3を介して測定面に接触させる。振動電圧変 « 1 1 4は振動を電圧に変換するものであり、例えば錘 1 1 3に接続されており'、接触子 1 1' 3に到達した振動がばね 1 1 2及び錘 1 1 1を介して振動電圧変換器 1 1 4に伝達される。振動電圧変換器 1 1 4に伝達された振動はそこで電気信号に変換され、振動検出器 1 1から出力される。振動電圧変 « 1 1 4'は表示装 ¾ 1 3の入力信号線 5 0に結線されており、 ·その出力信号が入力信号線 5 0を介して表示装置 1 3に供給され、計測結果が表示装置 1 3に表示される。この場合、錘 1 1 1の質量を M、ばね 1 1 2のばね定数を kとす'ると、この振 .動系は、次式（1 ) に示すような共振周波数 f oを持つ。

f o = ( 1 / 2 π ) ( k /M) ^{1 /2} ( 1 )

この系に外部から振動が与えられると、錘 1 1 1はこの共振周波数 ί οで共振現象を起こす。すなわち、外部から入力される振動のうち共振周波数 f οに一致する成分が選択的に強調される。そこで、この錘 1 1 1に加速度センサなどの振動電圧変換器 1 1 4を固定すると、接触子 1 1 3から入力される振動のうち共振周波数 f oに一致した成分が強調されて、振動検出器 1 1から出力されるようになる。

いま、錘 1 1 1の質量 Mとばね 1 1 2のばね定数 kを適正に選択し、数 k H z 以下の最適な周波数に共振周波数 ί 0を調整すると、その周波数を中心とした振動成分を選択的に検出し、電気信号に変換する振動検出器 1 1を得ることができる。

従って、適正な帯域の信号を検出するためのフィルタリング機能が不要となり

、より単純な回路構成の表示装置 1 3を使用することが可能となる。また、機械的な共振系は電位的な共振系に比べて Q値の高い周波数応答を持っため、狭帯域のフィルタリング効果を得ることが可能となる。このため、信号の選択性がよく外来雑音の影響をより受けにくい構造物検査装置を実現することが可能となる。図 9 ( a ) 〜（c ) は加振装置 1 2の一例を示している。これらの図において. 、加振装置 1 2は、棒状の打撃部 1 3 1と、打撃部 1 3 1に接続されたコイルばね等のばね 1 3 2と、打撃部 1 3 1をラッチするための打撃部ラッチ機構 1 .3 3 と、打撃部ラッチ機構 1 1 3に回動可能に取りつけられ、図示しないばね等により打撃部に係合するラッチ位置（図 9 ( a ) ) に付勢されるリリース機構 1 3 4 と、：リリース機構 1 3 4'に対向して配置され、加振装置 1 2'の筐体に取,りつけちれたリリーストリガ 1 3 5と、打撃部 1 3 1の外周部に埋設された永久磁石 1 3 6と.、永久磁石 1 3 6に近接して打撃部 1 3 1を取り囲むように配置され、加振装置 1 2の筐体に取り付けられたコイル 1 3 7とを有する。

打擊部 1 3 1はばね 1 .3 2を介して加振装置 1 2の筐体に取り付けられており、外力が加わらない状態におけるばね 1 3 2は自然長 L oである。

今、加振装置 1 2に外力が加えられると、打撃部ラッチ機構 1 3 .3にラッチざ：れた打撃部 1 3 1がばね 1 3 2の収縮方向に移動を始める（図 9: ( a ) ) 。外方が加えられ続けると、ばね 1 3 2の収縮方向に打撃部 1 3 1と打撃部ラッチ機構 1 3 3は移動を続け、やがて打撃部ラッチ機構 1 3 3に取りつけられたリリース機構 1 3 4が加振装置 1 2の筐体に取りつけられたリリーストリガ 1 3 5に接触する（図 9 ( b ) ) 。さらに外力が加えられると、リリーストリガ 1 3 5はリリース機構 1 3 4を角苹放し、その瞬間に、ばね 1 3 2の収縮エネルギーにより打撃部 1 3 1は加振装置 1 2から押し出され測定表面を打撃する（図 9 ( c ) ) 。このように、ばね 1 3 2の収縮長さを一定長に固定して打撃部 1 3 1を解放すれば、測定表面の打撃角度や打撃速度を一定にすることができ、属人性の無い安定した判定が可能となる。さらに、加振装置 1 2の筐体に固定された永久磁石 1 3 6によってばね 1 3 2 の収縮方向に発生された磁界により、打撃部 1 3 1の周囲に該磁界と交叉する方向に設けられたコイル 1 3 7に磁力を作用させて、該コイル 1 3 7とリリース機構 1 3 4から解放された打撃部 1 3 1とを振動させる。コイル 1 3 7には、誘導起電力が発生して振動速度に応じた電流が流れて、磁束が発生する。 'このため、振動の方向とは常に逆向きの磁力が発生して振動に制動をかける。

そこで、図 1 0に示すように、ばね 1 3 2の収縮時にコイル 1 ·3 7に電流が流れ、押し出される時には電流が流れない方向にダイオード 1 3 8をコイル 1 3 Ί. に接続する。これにより、リリース機構 1 3 4が解放され、加振装置 1 2から打撃部 1 3 1が押し出されるときは、該打撃部 1 3 1はコイル 1 3 7からの制動を受けず、打撃後、収縮方向に打撃部 1 3 1が運動を始めたときに制動がかかるようになる。

以上のように、打撃時の速度、打撃時のばね 1 3 2.の伸び長さ、ばね定数等を調整することにより、衝撃エネルギーをロスするこどなく測定面の 2度叩きを防ぐことが可能となり、連続した最短の時間間隔で一定の衝撃を繰り返すことが可能となる。

さらに、打撃部 1 3 1の周囲に別途にコイルを設ければ、' 打撃部 1 3 1の移動時に該コイルに生じる電流等を検出することにより打撃部 1 3 1の速度を検出することが可能となりる。従って、打撃部 1 3 1 (ハンマー）がリリースされたタイミングを検知し、それに同期させて振動検出器 1 1の出力をサンプリングすることで、外乱の影響が少なく、打撃に応じた信号を選択的に得ることも可能である。

次に、本実施の形態 1の動作について説明する。測定を行うために、まず、振動検出器 1 1を測定対象となるコンクリート構造物 1 4の表面上の任意の点に接触させる。このとき、加振装置 1 2でコンクリート構造物 1 4の表面（以下、測定面と称する）に衝撃を加えると、当該測定面に弾性振動が発生する。振動検出器 1 1は発生した振動を感知し、電気信号に変換する。振動検出器 1 1は振動の大きさに応じて電気信号を出力する機能を有しており、ここで変換された電気信号の振幅が高いほど大きな振動が発生していることを示す。表示装置 1 3には、振動検出器 1 1で変換された電気信号が入力される。表示装置 1 3は、入力された電気信号の振幅を検出し、その大きさを表示するように構成されている。

コンクリート構造物 1 4の内部にクラックゃジャンカなどの機械強度が劣ィ匕した欠陥が存在すると、その表面では外部からの衝撃により振動を発生しやすい状態になっている。このとき、.外部より衝撃エネルギーを加えると、機械強度の劣化の程度により振幅の異なる振動が発生する。 - 実際、外部より一定の加振力を加えたとき加振面に発生する振動を計測し、内部にクラックが発生した部位の応答と内部に異常（欠陥）が認められない部位の応答とを比較した。図 2 ( a ) は内部に欠陥が存在する部位の振動特性、図 2 ( b ) は内部に欠陥が存在しない部位の振動特性である。これらの図では、検知した振動を電気信号に変換して周波数変換を行った後の波形が表示されており、振. 幅レベルが高いほど振動の振幅も大きいことを表す。これにより、内部に欠陥の存在する部位では、数 k H z,以下の低周波の振動成分が顕著に表れる。同じ帯域で健全な部位の応答と比較すると、その大きさは 1 0倍以上に達しており、'両者' で振動のレベルが著しく異なっていることが判る。

例えば、図 3に示すように、 1 k H zを中心として感度の高い特性を振動検出器 1 1に持たせ、一定の高ざから一定の質量を持つ鉄球を落下させて一定の衝撃力を測定面に加えて、この時に測定面に発生した振動を振動検出器 1 1で検出すると、図 4 ( a ) に示すように、内部に欠陥が存在する部位では、内部に欠陥が存在しない部位の 1 0倍以上振幅の大きな振動が観測される（図 4 ( b ) ) 。一方、同一部位に同様に外部から衝撃を与え、そのとき発生する衝撃音をマイクロフオンにて検出し、その応答波形を求めた。図 5 ( a ) に、内部欠陥の存在する部位での応答を、図 5 ( b ) に健全部での応答をそれぞれ示す。この場合、図 4 ( a ) 及び（b ) に見られたような大きな振幅の差は見られない。さらに、打点とマイクロフォンの距離やマイクロフオンの向きを変えることにより、内部欠陥の存在する箇所でも、健全箇所のレベルとほぼ等しい応答波形を示す場合やその逆の場合が見られる。従って、観測される音の振幅のレベルにより両者を区別するには、打撃強度や検出位置、指向性の調整等を詳細に調整する必要があることが判る。

I 0 そこで、測定面を外部からの衝擊により起振させて測定表面に発生する振動を、空気を介在せずに直接測定すれば、外部の騒音やハンマの共振音は当該測定面に伝達されないため、測定の障害とはならない。また、欠陥部に特有な帯域の振動を選択的に検出し、そのレベルにより判定を行なえば、ハンマの打撃角度や打撃面の形状が変わり当該帯域外に評価の障害となる振動成分が発生しても、その成分は減衰させられ、正しい判定を行なうことが可能となる。

表示装置 1 3は入力された電気信号の最大振幅を表示する機能を有しており、表示される最大振幅を比較することで、内部に欠陥が存在する部位を特定することができる。図 6は表示装置 1 3の構成を示すプロック図であり、入力信号線 5 0には振動検出装器 1 1で変換された電気信号が入力される。入力信号線 5 0はアンプ 5 1の入力端子 5 1― 1に接続され、アンプ 5 1により適切な増幅率で入力信号の振幅が増幅ざれ、 ··出力端子 5 1— 2より出力され、.. ·コ:ンパレタ 5 2.の比較信号入力端子 5 2— 1,に供給される。一方、コンパレダ& 2の参照入力端子 5 2— 2には参照電圧 V oが与えられている。コンパレータ 5 2の'出力端子 5 ' 2— 3には、表示装置として、例えば L E D 5 3が接続されている。

図 7に示すように、参照入力端子 5 2—2には、常に一定電圧の参照電圧 V o が与えられており、比較信号入力端子 5 2 - 1の電圧 V i nが V oを超えた時、コンパレータ 5' 2の出力端子 5 2— 3の電圧は予め設定された V o u t 0を出力する。コンパレータ 5 2の出力端子 5 2— 3には、例えば L E D 5 3などの出力装置が接続されており、出力端子 5 2 - 3の電圧が V o u tになると電流が流れ、 L E D 5 3力 S点灯される。

加振装置 1 2としては、検査員によるハンマやメカニカルな打撃機構を採用する方法などが考えられるが、人手による打擊では加振力の安定性に限度があるため、メカニカルな打撃機構により一定の力で加振する機構を採用すれば、さらに属人性の少ない正確な判定が可能となる。さらに、振動検出器 1 1で電気信号に変換された出力信号を記録、保存することにより、従来のハンマによる打音検査では困難な内部異常（欠陥）の経時変化を定量的に知ることが可能となる。

以上のように、この実施の形態 1によれば、測定面に発生した振動を直接観測することを可能にしたため、空気などの媒体における音の拡散や減衰の影響や外 ί I 部の騷音などの障害を受けることなく、打音検査を定量化して属人性のない検査結果を得ることが可能となる。さらに、数 k H z以下の成分を選択的に検出する特性を振動検出器に持たせたため、内部に欠陥が存在して濁音が発生するような部位に特異的に発生する数 k H z以下の振動を効率良く検出することができ、内部に欠陥の存在しない箇所との弁別が容易な構造物診断装置が実現可能となる。実施の形態 2 .

以下、この発明の実施の形態 2に係る構造物診断方法を図 1 1乃至 1 3を参照して説明する。図 1 1は、本発明によるコンクリート構造物の内部欠陥を診断する方法を示したフローチャートである。図 1 2は、内部欠陥の存在する部位と健全な部位とをそれぞれ一定の力で加振したときに発生した振動の振幅レベルを示すグラフである。図 1 3は、内部欠陥が存在する部位で計測された振動の振幅レベルと測定面から内部欠陥までの距離（深さ）の関係を示すグラフである。

コンクリート構造物の内部欠陥の診断は、上記構造物診断装置を用いて、'図 1 1のフローチャートに示すような手順で行われる。まず、健全箇所及び異常箇所の振動レベルに関するデータベースが存在する力否かを判定し（ステップ S 1 ) 、存在しなければ、一定の加振力を発生する加振装置 1 2により、内部欠陥が存 '在する箇所及び健全箇所に衝撃を与えて（ステップ S 2 ) 、それぞれで発生する. 振動のレベルを検出し（ステップ S 3 ) 、所定の周波数範囲（好ましくは、数 k H z以下）の成分の最大振幅レベルを演算し (ステップ S 4 ) 、健全箇所及ぴ異常箇所の振動レベルに関するデータベースを構築する（ステップ S 5 ) 。例えば、図 1 2に示したように、構造物表面で測定された振動の振幅を求めると共に；該構造物の当該測定ボイントをコアリングするなどして内部状態を確認し、両者の関連性を示すグラフにプロットする。そして両者を識別する閾値をグラフより求める（ステップ S 6 ) 。

次に、ステップ S 1において、上記データベースが存在すれば、新たな検查箇所に対し、上記調査時と等しい加振力を有する加振装置 1 2で衝撃を与え（ステップ S 7 ) 、発生する振動のレベルを計測し（ステップ S 8 ) 、上記所定の周波数範囲の成分の最大振幅レベルを演算し（ステップ S 9 ) 、先に求めた閾値と比較する（ステップ S 1 0 ) 。これにより、計測された振動のレベルが閾値より大

) 2- きい場合には、内部に異常が存在すると判定し（ステップ S 1 1 ) 、一方、閾値より小さい場合には、健全な箇所であると判定する（ステップ S 1 2 ) 。図 1 2 に示すように、健全な箇所と内部欠陥の存在する箇所で発生する振動レベルを比較すると、一定の閾値を境に両者が分離して存在する。

そこで、図 1 2において、健全部と内部欠陥の存在する箇所を識別する閾値を V oに設定すれば、以後、内部に欠陥が存在する部位を同じ衝撃力で加振した場合は、 ·表示装置 1 3の入力信号レベルがこの閾値 V oを超えるため L E D 5 3が点灯し、 '内部に欠陥が存在することが判別可能となる。 .

上記閾値は健全箇所と異常（欠陥）箇所の識別のために構築されたものである力異常箇所の応答も、材質及び異常箇所の大きさ、深さにより発生する振動のレベルが異なる。

図 1 3は振動の大きさと表面から異常箇所の一例としての剥離部（骨材等が周囲のセメンかち剥離しでいる部分）までの距離の関係を同様の手順で調査した結果を示し、両者の間には強い相関関係が見られることが判明した。そこで、剥離部までの深さに応じた閾値を図 8のコンパレータ 5 2い 5 2 ₂、 5 2 ₃それぞれの参照電圧 Vい V ₂， V ₃に設定すれば、点灯した L E D 5 3の数で内部欠陥までの距離を、この場合には 4段階で、知ることが可能となる。

その他の事象についても、検出される振動レベルと強い相関を持つ事象が見づかれば、 ·同様の手順により両者の関係を示す相関式を実験的または演繹的に求め新たに計測された振動レベルと照合することにより、従来評価できなかった内部状態を検知することが可能となる。

以上のように、この実施の形態 2によれば、測定面に発生した振動を一定レべルの加振のもとに直接観測することを可能としたため、空気などの媒体における音の拡散や減衰の影響や外部の騒音などの障害を受けることなく予め測定したデータベースと比較することで、構造物の内部の情報を容易に得ることが可能となる。

実施の形態 3 .

以下、この発明の実施の形態 3に係る構造物診断装置を図 1 4を参照して説明する。図 1 4は振動検出器 1 1 Aを板ばねで構成した例を示しており、その他の

! 3 構成は上記実施の形態 1と同様である。図 1 4において、錘 1 1 1は板ばね 1 1 2— 2により接触子 1 1 3と接続されており、各板ばね 1 1 2— 2は、透磁率の変化を電気信号に変換するコイル 1 2 1により卷回されている。探触子 1 1 3に達した振動は板ばね 1 1 2— 2を介して錘 1 1 1に伝達される。このとき、上記実施の形態 3に示したように、錘 1 1 1の質量 Mと板ばね 1 1 2— 2のばね定数 kで決まる共振周波数 f oは上記式（1 ) に示す関係で求められる。

板ばね 2.— 2は、金属系の磁歪材のように、与えられた歪みにより透磁率が変化する材料で構成される。接触子 1 1 3に与えられた振動が錘 1 1 1に伝達される際、板ばね 1 1 2— 2には曲げ歪みが発生し、それに応'じて磁歪材料の透磁率が変化する。板ばね 1. 1 2— 2をコアとしてその周囲にコィノレ 1 2 1を配置すると、コアの透磁率の変化に従ってコイル 1 2 1には起電力が発生する。磁歪材料で発生する曲げ歪みが大きいほど透磁率の変化は大きく.なり、 .その結果、 'コ ·' ィル 1 2 1.に発生する'電圧も髙ぐなるため、錘 1 .1 1.に伝達される振動の大きさに応じた電圧、すなわち電気信号を得ることが可能である。

以上のように、この実施の形態 3によれば、錘 1 1 1に伝達される振動をそれに接続された板ばね 1 1 2— 2で直接検出するため、錘 1 1: 1に加速度センサなどの振動電圧変換器 1 1 4を固定して出力を発生する場合に比べて、センサでの振動検出遅れが少ない振動検出器 1 1 Aを得ることが可能.となる。また、加速度センサなどの振動電圧変換器 1 1 4を錘 1 1 1に固定する必要がなく、小型、軽量で安価なしかも検出感度の高レ、振動検出器 1 1 Aを得ることが可能となる。実施の形態 4 .

以下、この発明の実施の形態 4に係る構造物診断装置を図 1 5を参照して説明する。図 1 5は加振装置の他の例を示すものであり、この実施の形態 4のその他の構成は前記実施の形態 1と同様である。

図 1 5において、加振装置 1 2 Aは、一端を球体状に形成された棒状の打撃部

1 4 1と、コンクリート構造物 1 4の測定面に対向する一端を開放すると共に他端を閉鎖され、打撃部 1 4 1を収納する筒状のチャンパ 1 4 2と、チャンパ 1 4

2の閉鎖端に設けられ、チャンバ 1 4 2内に圧搾空気を注入するエアーインジェクタ 1 4 3と、圧力レギユレータ 1 4 5を介してエアーインジェクタ 1 4 3に接

i f 続されるボンべ 1 4 4と、エアーインジヱクタ 1 4 3に設けられた圧搾空気供給スィッチ 1 4 6と、ばね 1 4 8を介して加振装置 1 2 Aの筐体に接続され、圧搾空気供給スィツチ 1 4 6を作動させるスィツチ作動部 1 4 9を有するトリガ機構 1 4 7とを備える。

打撃部 1 4 1の外形とチャンバ 1 4 2内径のクリアランスは充分に狭く、エア一インジヱクダ 1. 4 3よりチャンバ 1 4 2内に圧搾空気が供給されると、その圧力により打撃部 1 4 1が押されチャンバ一 1 4 2の開口端より外側へ突出する。' ボンべ 1. 4 4には圧搾空気が蓄えられており、圧力レギユレータ 1 4 5により適度に圧力を調整されてエアーインジェクタ 1 4 3に供給されている。

今、コンクリート構造物 1 4の測定面にチャンバ 1 4 2の開口部を接近させると、トリガ機構 1 4 7が測定面と当接してばね 1 4 8の付勢力に抗.して加振装置 1 2 Aの筐体内に入る方向に移動する。これに伴い、 'トリ.ガ機構 Ί' 4 7に設けた' スィッチ作動部 1 4 9が圧搾空気供給スィッチ 1 4 6に当接して押圧し、ェアィ.ンジェクタ 1 4 3から圧搾空気がチャンバ 1 4 2内に供給されて、その開口端から打撃部 1 4 1の先端を外方へ突出させてコンクリート構造物 1 4の測定面を打撃する。

この際、トリガ機構 1 4 7'が加振装置 1 2 Αの筐体に対して移動して、チヤンバ 1' 4 2と測定面との距離が一定になったときに、圧搾空気供給スィッチ 1 4 6 を押して圧搾空気を供給するように構成すれば、常にチヤンパ 1 4 2の開放端を測定面から一定距離を保ったまま打撃部 1 4 1により打撃することができるため

、一定の加振力の振動を当該測定面に与えることが可能'となる。 ·

-また、例えば図 1 5に示すように、トリガ機構 1 4 7を加振装置 1 2 Aの筐体にばね 1 4 8により接続するように構成すれば、加振機構 1 2を測定面から離すことでトリガ機構 1 4 7が初期位置に戻るため、再び加振装置 1 2 Aを測定面に近づけることにより繰り返し圧搾空気を供給することが可能となる。同様に、打撃部 1 4 1にも、打撃後に打撃部 1 4 1を初期位置に戻すための、磁石やばね等の戻し機構を取り付けることで、繰り返し打撃を行なうことが可能な加振機構 1

2 Aを得ることができる。トリガ機構 1 4 7による圧搾空気供給スィツチ 1 4 6 のトリガの方法は多様で、マニュアルや電磁スィッチを用いても、同様の機能を

I 5" 実現することが可能である。

さらに、圧搾空気は加振装置 12 Aに取り付けたボンべ 144により供給する例を説明したが、ボンべ 144の代わりにコンプレッサを用いて別途圧搾空気を供給すれば、ボンべ 144の容量に関係なく打撃を繰り返すことが可能となつたり、容易に圧力調整が可能となる。また、加振機構 12 Aの小型ィ匕が容易に図れ、取り扱いや操作を一層容易にすることができる。

以上のようにく 'この実施の形態 4によれば、簡便で小型の加振装置 12 を実' 現ずることができ；一定の加振力で測定面を繰り返し打撃可能な構造物診断装置 '· を得ることが可能となる。また、圧搾空気の圧力を調整することで、カロ振カも容易に調整することが可能となる。

実施の形態 5.

.. -以下、この発明の実施の形態 5に係る構造物診断装置を図 16を参照して説明ノする。 '図 16'は表示装置の他の例を示すものであり、この実施の形態 4のその他の構成は前記実施の形態 1と同様である。

図 16に示すように、この実施の形態 5の表示装置 13 Aは、互いに並列に配置された複数のコンパレータ 52 〜 52₃を備えており、それぞれの参照電圧を異なる値に設定することにより、入力波形の振幅に応じて'点灯する L E D 53 ヽ〜 53₃の数が変ィ匕し段階的な表示が容易に可能になる。図 8の場合、それぞれのコンパレータ 52 i〜52₃の入力端子 52 i—：！〜 52₃— 1にはアンプ 5 1の出力が分岐されて与えられており、入力電圧 V i nがそれぞれの参照電圧 V i Vgを超えたときに、上述のロジックに従って、 LEDS'Si S 3₃が点灯する。すなわち、参照電圧 Vi Vgを適切に調整すれば、入力波形の振幅に応じて点灯する LED 53 i〜53₃の数を変化させることが可能となる。

例えば、入力電圧 V i nが V₃く V i nく V₂の場合には、 LED 53₃のみが点灯し、 V₂<V i nくの場合には、 LED 53₃及び LED 53₂が点灯し

、 Vi V i nの場合には、全ての LED 53 i LED 53₃が点灯する。従つて、点灯する L E D 53の数により入力波形の振幅を識別することが可能となるため、これにより内部異常の有無を検知できる。

産業上の利用の可能性

Iら本発明は、振動センサを直接測定面に接触させることにより、測定面に発生する振動を空気などの媒体を介することなく直接電圧に変換して当該測定面に発生する振動を定量ィヒすることにより、周辺の騒音やハンマの形状によらずに、コンクリート構造物等の構造物の内部の状態（内部欠陥）を客観的に評価するために利用することができる。 ·

Claims

請求の範囲

1 . コンクリート構造物の測定対象物に弾性波を発生させる加振装置と、前記測定対象物の表面に接触させて、前記加振装置により前記測定対象物の表面に発生した弾性振動の所定の周波数範囲の成分を検出する振動検出器と、前記振動検出器の出力信号の最大振幅を表示する表示装置と、

を備える構造物検査装置。

2 . 前記振動検出器は、

錘と、

一端を前記測定対象物と接触しうる接触子に接続されると共に、他端を前記錘に接続されたばねと、

前記錘に接続され、該錘の振動を電気信号に変換する振動センサと、を備え、 '

前記錘の質量と前記ばねのばね定数で決まる共振周波数を前記所定の周波数範囲に設定し、前記振動センサにより、前記測定対象物の表面に発生させた弾性振動の前記所定の周波数範囲の成分を検出する請求項 1記載の構造物検査装置。

3 . 前記振動検出器は、

前記測定対象物と接触しうる接触子に接続され、曲げ歪により透磁率が変化する金属材料よりなるばねと、

前記ばねをコア材として該ばねの周囲に配設されたコイルと、

前記ばねに接続された錘と、

を備え、

前記測定対象物の表面に発生させた弾性振動により前記ばねに発生した曲げ歪みを前記コイルにより検出する請求項 1記載の構造物検查装置。

4. 前記加振装置は、

前記測定対象物を加振して弾性波を発生させる打撃部と、

前記打撃部に固定したコィノレと、

前記コイルに接続され、該コイルの一方向にのみ電流を流すダイォードと、前記コイルの近傍にぉレ、て前記打撃部の周囲に固定して配置され、該コィルの振動方向に磁界を発生させる磁石と、を備え、

前記磁石と前記コィノレとの電磁相互作用により、前記打撃部の振動の一方向にのみダンピングを生じさせる請求項 1記載の構造物検査装置。

5 . 前記加振装置は、

前記測定面に弾性波を発生させる打撃部と、

前記打撃部を収納するチヤンバーと、

前記チャンバ一内に圧力媒体を注入して、前記打撃部を前記チャンバ一から外' 部へ突出させる打撃部作動機構と、

を備え、

前記打撃部作動機構は、前記打撃部により一定の加振力で前記測定面に弾性波を発生させる請求項 1記載の構造物診断装置。

6 · 前記打撃部作動機構は、

前記チャンバ一内に圧力媒体を注入するインジェクタ.と、

前記チヤンバーと前記測定面との距離が所定値になったとき'、前記チヤンバーへ圧力媒体を供給する圧力媒体供給機構と、

を備える、請求項 5記載の構造物診断装置。

7 . 前記圧力媒体供給機構は、

前記圧力媒体を貯留するボンベと、 '

前記ボンべ内の圧力媒体の圧力を調圧する圧力レギュレータと、.

前記ボンべ内の圧力媒体を前記圧力レギュレータを介して前記ィンジェクタへ供給する'ための供給スィッチと、 ' 前記チヤンバーと前記測定面との距離が所定値になったとき、前記供給スィッチをトリガするトリガ機構と、

を備える、請求項 6記載の構造物診断装置。

8 . 前記圧力媒体供給機構は、

前記ィンジェクタに接続されて前記圧力媒体を供給するコンプレッサと、前記コンプレッサ内の圧力媒体を前記ィンジェクタへ供給するための供給スィツチと、

前記チヤンバーと前記測定面との距離が所定値になったとき、前記供給スィッ i f チをトリガするトリガ機構と、

を備える、請求項 6記載の構造物診断装置。

9 . 前記圧力媒体供給機構は、

一端を前記加振装置の筐体に接続されると共に、他端を前記トリガ機構に接続され、該トリガ機構を前記供給スィツチから離れるように付勢するばねを更に備える、請求項 7又は 8記載の構造物診断装置。

1 0 . 前記表示装置は、

前記振動検出器に接続された入力端子と出力端子を有するアンプと、

前記ァンプの出力端子に接続された第 1入力端子と、参照電圧を印加される第 2入力端子と、出力端子とを有し、前記第 1入力端子の入力電圧が前記第 2入力,. 端子の参照電圧を超えたとき前記出力端子より出力を発生する、互いに並列に配置された複数のコンパレータ,と、

前記各コンパレータの出力端子に各々接続された複数の表示部と、

'を備え、'

前記各コンパレータの出力端子に印加される参照電圧が異なる値に設定される、請求項 1記載の構造物診断装置。

1 1 . 前記弾性振動の所定の周波数範囲は数 k H z以下である、請求項 1記載

1 2 . コンクリート構造物の内部欠陥を検出する構造物診断方法において、測定対象物の測定面に弾性波を一定の力で発生させる第 1の工程と、

前記第 1の工程において前記測定面に発生した振動を電気信号に変換して、その電気信号の所定の周波数範囲の成分の最大振幅を求める第 2の工程と、 .

前記電気信号の最大値を予め定められた閾値と比較して、前記構造物の内部欠陥の存在を検出する第 3の工程と、

を備える構造物診断方法。

1 3 . 前記電気信号の所定の周波数範囲は数 k H z以下である、請求項 1 2記載の構造物診断方法。

J. 0