(57)【要約】【課題】コンクリートに埋設された埋設物を精度よく検出することができるコンクリート内埋設物の検出装置および検査方法を提供する。【解決手段】コンクリート構造物Ｃに電磁波Ｄを送信する送信部１２と、反射波Ｒを受信する受信部１３と、受信部１３および送信部１２が設けられ、コンクリート構造物Ｃの表面Ｆに沿って移動可能に設けられた移動体１１と、送信部１２から送信される電磁波Ｄの情報および受信部１３で受信される反射波Ｒの情報を含む電磁波情報と、移動体１１の位置情報と、に基づいて埋設物Ｍの位置を算出する演算部１５と、を備えており、演算部１５は、開口合成法によって信号処理を実施する開口合成処理部１６を備えている。【選択図】図１
2020112426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物に埋設されている埋設物の検査装置であって、
コンクリート構造物に電磁波を送信する送信部と、
該送信部から送信された電磁波の反射波を受信する受信部と、
該受信部および前記送信部が設けられ、コンクリート構造物の表面に沿って移動可能に設けられた移動体と、
前記送信部から送信される電磁波の情報および前記受信部で受信される反射波の情報を含む電磁波情報と、前記移動体の位置情報と、に基づいて埋設物の位置を算出する演算部と、を備えており、
該演算部は、
開口合成法によって信号処理を実施する開口合成処理部を備えており、
該開口合成処理部は、
コンクリート構造物中における埋設物の位置および前記移動体の位置を変化させて、前記送信部から前記受信部までの電磁波の伝播時間をそれぞれ算出した補正用データを有しており、
開口合成法で信号処理する際に、前記補正データを使用して前記受信部で受信される反射波の深度方向の座標変換処理を行う
ことを特徴とするコンクリート内埋設物の検査装置。
【請求項２】
前記演算部は、
前記受信部で受信された反射波の信号をパルス圧縮法により処理するパルス圧縮部を備えており、
該パルス圧縮部で生成されたパルス圧縮信号を用いて、前記開口合成処理部が信号処理を実施する
ことを特徴とする請求項１記載のコンクリート内埋設物の検査装置。
【請求項３】
前記パルス圧縮部は、
前記受信部で受信された反射波の信号を、以下の式１の関数を用い、かつ、基準信号として前記送信部から送信された電磁波の波形をパラメータ化した摸擬関数を使用して処理する
ことを特徴とする請求項２記載のコンクリート内埋設物の検査装置。
式１
2020112426.tif 000009
【請求項４】
前記演算部は、
前記パルス圧縮部で生成されたパルス圧縮信号を前記移動体の移動方向に沿って平均化し、該平均化された信号を前記パルス圧縮信号から減算処理するノイズ除去部を備えており、
該ノイズ除去部で生成された信号を用いて、前記開口合成処理部が信号処理を実施する
ことを特徴とする請求項２または３記載のコンクリート内埋設物の検査装置。
【請求項５】
コンクリート構造物に送信する電磁波に関する送信電磁波情報と、この電磁波がコンクリート構造物およびコンクリート構造物に埋設されている埋設物で反射した反射波に関する受信電磁波情報と、電磁波を送信した位置および反射波を受信した位置に関する位置情報と、に基づいてコンクリート構造物に埋設されている埋設物の検査方法であって、
電磁波の送信位置をコンクリート構造物の表面に沿って移動させて、送信電磁波情報、受信電磁波情報、位置情報を取得し、
コンクリート構造物中における埋設物の位置、電磁波を送信した位置、反射波を受信した位置を変化させて、電磁波が発信されてから反射波が受信されるまでの電磁波の伝播時間をそれぞれ算出した補正用データを用いて、受信電磁波情報に含まれる反射波の深度方向の座標変換処理を行い、
座標変換処理されたデータを開口合成法で処理する
ことを特徴とするコンクリート内埋設物の検査方法。
【請求項６】
反射波の信号をパルス圧縮法により処理し、
該パルス圧縮法で生成されたパルス圧縮信号について座標変換処理を行い、座標変換処理された信号を開口合成法によって処理する
ことを特徴とする請求項５記載のコンクリート内埋設物の検査方法。
【請求項７】
反射波の信号を、以下の式１の関数を用い、かつ、基準信号として送信された電磁波の波形をパラメータ化した摸擬関数を使用して処理する
ことを特徴とする請求項６記載のコンクリート内埋設物の検査方法。
式１
2020112426.tif 000010
【請求項８】
パルス圧縮信号を送信位置の移動方向に沿って平均化し、平均化された信号をパルス圧縮信号から減算処理し、減算処理された信号を用いて、前記開口合成処理部が信号処理を実施する
ことを特徴とする請求項６または７記載のコンクリート内埋設物の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート内埋設物の検査装置および検査方法に関する。さらに詳しくは、コンクリート製の構造物の壁や柱等に埋設された埋設物の有無を検出するコンクリート内埋設物の検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物では、柱や壁などの内部に、電線や通信ケーブルなどの導線を通すための電線管や鉄筋等の埋設物（以下単に埋設物という場合がある）が埋設されている。
かかるコンクリート構造物において、壁などに開口を形成する場合や壁などに後から設備を設置する場合には、壁などを形成するコンクリートにはつり作業を行う必要がある。かかるはつり作業では、重要な埋設物を損傷しないように作業を行う必要がある。
【０００３】
コンクリート構造物ではその内部を視認できないので、設計図などに基づいて埋設物が無いと想定される場所にはつり作業を行う。しかし、埋設物の位置は設計図と一致していない場合が多いため、はつり作業を行う前に、埋設物の位置を検出する作業が行われる。
【０００４】
かかる埋設物を検出する方法として、電磁誘導法や電磁波レーダ法、放射線透過法等がある。探査装置の取り扱い性や性能などの点から電磁誘導法が採用されることが多かったが、装置の取り扱い性や性能の向上などにより電磁波レーダ法による検査も広く行われるようになっている。
【０００５】
電磁波レーダ法は、探査装置から電磁波（周波数：数百Ｈｚオーダー〜数千ＭＨｚオーダーのパルス波）をコンクリート壁等の検査対象に送信し、埋設物で反射した反射波をアンテナによって受信し、電磁波の往復伝搬時間に基づいて埋設物の有無を判定する。そして、電磁波の往復伝搬時間は埋設物とアンテナが離れるほど長くなるため、コンクリート壁等の検査対象に電磁波を送信しながら探査装置を移動させれば、埋設物の位置を判定することができる。例えば、探査装置が検出した信号を使用して、横軸に水平距離をとり縦軸に探査深度をとったＢスキャン画像を形成する。このＢスキャン画像では、信号強度がコントラストとして表示されるので、水平位置においてアンテナが埋設物の真上にある位置を頂点として山型の双曲線を描く。したがって、Ｂスキャン画像を視認すれば、頂点が形成されている位置に埋設物が存在していると判断することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−８６６０５号公報
【特許文献２】特開２００３−１０７１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、埋設物が以下のような配置になっている場合には、電磁波レーダ法による埋設物の探知が困難になる。例えば、鉄筋に固定された埋設物のように、埋設物の直上に鉄筋がある場合には、探査装置から送信される電磁波のほとんどが鉄筋によって遮られるため、埋設物を検出できない可能性が有る。また、複数本の鉄筋で反射した信号が交差する位置では、反射波の干渉により信号が強め合う現象が生じるので、埋設物が無くても埋設物が存在するかのような擬似信号が生じる可能性がある。また、かかる擬似信号が生じる位置に埋設物があった場合には、埋設物の存在を見落としてしまう可能性がある。
【０００８】
電磁波レーダ法による埋設物の検出精度を向上させる方法として、受信した信号の処理に開口合成法を適用することが行われている（例えば特許文献１、２等）。かかる開口合成法を利用することによって電磁波レーダ法による埋設物の検出精度を向上することができるが、さらなる検出精度の向上が求められている。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑み、コンクリートに埋設された埋設物を精度よく検出することができるコンクリート内埋設物の検出装置および検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明のコンクリート内埋設物の検査装置は、コンクリート構造物に埋設されている埋設物の検査装置であって、コンクリート構造物に電磁波を送信する送信部と、該送信部から送信された電磁波の反射波を受信する受信部と、該受信部および前記送信部が設けられ、コンクリート構造物の表面に沿って移動可能に設けられた移動体と、前記送信部から送信される電磁波の情報および前記受信部で受信される反射波の情報を含む電磁波情報と、前記移動体の位置情報と、に基づいて埋設物の位置を算出する演算部と、を備えており、該演算部は、開口合成法によって信号処理を実施する開口合成処理部を備えており、該開口合成処理部は、コンクリート構造物中における埋設物の位置および前記移動体の位置を変化させて、前記送信部から前記受信部までの電磁波の伝播時間をそれぞれ算出した補正用データを有しており、開口合成法で信号処理する際に、前記補正データを使用して前記受信部で受信される反射波の深度方向の座標変換処理を行うことを特徴とする。
第２発明のコンクリート内埋設物の検査装置は、第１発明において、前記演算部は、前記受信部で受信された反射波の信号をパルス圧縮法により処理するパルス圧縮部を備えており、該パルス圧縮部で生成されたパルス圧縮信号を用いて、前記開口合成処理部が信号処理を実施することを特徴とする。
第３発明のコンクリート内埋設物の検査装置は、第２発明において、前記パルス圧縮部は、前記受信部で受信された反射波の信号を、以下の式１の関数を用い、かつ、基準信号として前記送信部から送信された電磁波の波形をパラメータ化した摸擬関数を使用して処理することを特徴とする。
式１
2020112426.tif 000003
第４発明のコンクリート内埋設物の検査装置は、第２または第３発明において、前記演算部は、前記パルス圧縮部で生成されたパルス圧縮信号を前記移動体の移動方向に沿って平均化し、該平均化された信号を前記パルス圧縮信号から減算処理するノイズ除去部を備えており、該ノイズ除去部で生成された信号を用いて、前記開口合成処理部が信号処理を実施することを特徴とする。
第５発明のコンクリート内埋設物の検査方法は、コンクリート構造物に送信する電磁波に関する送信電磁波情報と、この電磁波がコンクリート構造物およびコンクリート構造物に埋設されている埋設物で反射した反射波に関する受信電磁波情報と、電磁波を送信した位置および反射波を受信した位置に関する位置情報と、に基づいてコンクリート構造物に埋設されている埋設物の検査方法であって、電磁波の送信位置をコンクリート構造物の表面に沿って移動させて、送信電磁波情報、受信電磁波情報、位置情報を取得し、コンクリート構造物中における埋設物の位置、電磁波を送信した位置、反射波を受信した位置を変化させて、電磁波が発信されてから反射波が受信されるまでの電磁波の伝播時間をそれぞれ算出した補正用データ用いて、受信電磁波情報に含まれる反射波の深度方向の座標変換処理を行い、座標変換処理されたデータを開口合成法で処理することを特徴とする。
第６発明のコンクリート内埋設物の検査方法は、第５発明において、反射波の信号をパルス圧縮法により処理し、該パルス圧縮法で生成されたパルス圧縮信号について座標変換処理を行い、座標変換処理されたデータを開口合成法によって処理することを特徴とする。
第７発明のコンクリート内埋設物の検査方法は、第６発明において、反射波の信号を、以下の式１の関数を用い、かつ、基準信号として送信された電磁波の波形をパラメータ化した摸擬関数を使用して処理する
ことを特徴とする。
式１
2020112426.tif 000004
第８発明のコンクリート内埋設物の検査方法は、第６または第７発明において、パルス圧縮信号を送信位置の移動方向に沿って平均化し、平均化された信号をパルス圧縮信号から減算処理し、減算処理された信号を用いて、前記開口合成処理部が信号処理を実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明によれば、空気とコンクリートの界面での屈折率を考慮して深度方向の座標変換処理を行うので、深度方向における埋設物の探査精度を向上できる。
第２および第３発明によれば、コンクリートの深度方向における埋設物の探査精度を向上できる。
第４発明によれば、ノイズを低減できるので、埋設物の位置を認識しやすくなる。
第５発明によれば、空気とコンクリートの界面での屈折率を考慮して深度方向の座標変換処理を行うので、深度方向における埋設物の探査精度を向上できる。
第６および第７発明によれば、コンクリートの深度方向における埋設物の探査精度を向上できる。
第８発明によれば、ノイズを低減できるので、埋設物の位置を認識しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のコンクリート内埋設物の検査装置１の概略ブロック図である。
【図２】本実施形態のコンクリート内埋設物の検査装置１によって埋設物Ｍの検査を行っている状態の概略説明図である。
【図３】（Ａ）は、空気層とコンクリート構造物Ｃの境界において電磁波Ｄおよび反射波Ｒが屈折する状況と補正用データのパラメータを説明した図であり、（Ｂ）はパルス圧縮処理に使用する摸擬関数の一例を示した図である。
【図４】実験に使用した試験体の説明図である。
【図５】実験結果を示した図である。
【図６】開口合成法を説明した図である。
【図７】ノイズ除去処理の一例を示した図である。
【図８】往復伝播時間の計算方法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のコンクリート内埋設物の検査装置は、コンクリート構造物の内部に埋設された鉄筋や電線管等を検出する装置であって、鉄筋等を検出する精度を向上させたことに特徴を有している。
【００１４】
本発明のコンクリート内埋設物の検査装置が適用されるコンクリート構造物はとくに限定されない。例えば、一般的なオフィスビル、マンション等の鉄筋コンクリート構造物や、工場の設備や原子力発電所の建屋等を挙げることができる。
【００１５】
＜本実施形態のコンクリート内埋設物の検査装置１＞
つぎに、本実施形態のコンクリート内埋設物の検査装置１について、図面に基づいて説明する。なお、以下では、本実施形態のコンクリート内埋設物の検査装置１を、埋設物検査装置１という場合がある。
【００１６】
図２に示すように、本実施形態のコンクリート内埋設物の検査装置１は、コンクリート構造物Ｃの表面Ｆに沿って移動させながら、コンクリート構造物Ｃに電磁波Ｄを発信し埋設物Ｍでの反射波Ｒを受信することによってコンクリート構造物Ｃ内の埋設物Ｍを検査する装置である。
【００１７】
＜移動体１１＞
図１および図２に示すように、埋設物検査装置１は移動体１１を有している。この移動体１１は、コンクリート構造物Ｃの表面Ｆに沿ってスムースに移動できるような構造を有している。具体的には、移動体１１は、その本体部１１ａと、本体部１１ａに回転可能に取り付けられた複数の車輪１１ｒと、を備えている（図２）。複数の車輪１１ｒは、移動体１１の底面から車輪１１ｒの下端（つまりコンクリート構造物Ｃの表面Ｆと接触する位置）までの距離Ｈが全ての車輪１１ｒで同じになるように設けられている。つまり、複数の車輪１１ｒをコンクリート構造物Ｃの表面Ｆと接触させた状態で転動させれば、底面からコンクリート構造物Ｃの表面Ｆまでの距離を一定の距離Ｈに保ったままで移動体１１を移動させることができる。
【００１８】
また、移動体１１には、複数の車輪１１ｒの回転角度を検出するエンコーダ等の検出器１１ｃが設けられている。この検出器１１ｃによって車輪１１ｒの回転量を検出することによって、初期位置（移動体１１をコンクリート構造物Ｃの表面Ｆに配置した位置）からの移動体１１の移動距離を検出することができる。この検出器１１ｃは制御部１４に接続されており、検出器１１ｃが検出した車輪の回転角度の情報（位置情報）が制御部１４に送信されるようになっている。以下では、検出器１１ｃが検出する車輪の回転角度の情報を位置情報という場合がある。
【００１９】
なお、距離Ｈはとくに限定されないが、できるだけコンクリート構造物Ｃの表面Ｆに近い方が好ましい。これは、後述する送信部１２から電磁波Ｄをコンクリート構造物Ｃに送信した際に、空気中を電磁波Ｄが通過する距離を短くするためである。しかし、コンクリート構造物Ｃの表面Ｆの凹凸や障害物等の影響を少なくするのであれば、距離Ｈは、１〜１０ｍｍ程度や、２〜５ｍｍ程度が好ましい。
【００２０】
また、移動体１１に設ける車輪１１ｒの数はとくに限定されない。上述したように、移動体１１の底面からコンクリート構造物Ｃの表面Ｆまでの距離を一定の距離Ｈに保ったままで移動体１１を移動させることができるのであれば、車輪１１ｒの数は３つでもよいし、４つ以上でもよい。
【００２１】
また、移動体１１の初期位置からの移動距離を検出する検出器１１ｃは、上述したように、車輪１１ｒの回転数に基づいて移動距離を検出するものに限られない。
【００２２】
＜送信部１２＞
図１および図２に示すように、上述した移動体１１には、コンクリート構造物Ｃの表面Ｆに向かって電磁波Ｄを送信できる送信部１２が設けられている。例えば、移動体１１の底面からコンクリート構造物Ｃの表面Ｆに向かってパルス状の電磁波Ｄ（数百Ｈｚオーダー〜数千ＭＨｚオーダーのパルス波）を送信できるアンテナ等が、送信部１２として移動体１１に設けられている。この送信部１２は、制御部１４に接続されており、送信する電磁波の周波数や振幅、電磁波Ｄを発信するタイミング等を調整している。以下では、送信部１２が送信する電磁波Ｄの周波数や振幅、電磁波Ｄを発信するタイミング等の情報を合せて送信電磁波情報という場合がある。
【００２３】
＜受信部１３＞
図１および図２に示すように、上述した移動体１１には、送信部１２からコンクリート構造物Ｃの表面Ｆに向かって送信された電磁波Ｄが埋設物Ｍで反射した反射波Ｒを受信する受信部１３が設けられている。この受信部１３は、移動体１１が移動する方向に沿って（図２、図３では左右方向）、送信部１２から所定の距離Ｌを空けた状態で設置されている。この受信部１３は、パルス状の電磁波Ｄ（数百Ｈｚオーダー〜数千ＭＨｚオーダーのパルス波）を受信可能なアンテナ等であり、制御部１４に接続されている。つまり、受信部１３で受信した反射波Ｒの周波数や振幅、受信部１３が反射波Ｒを受信するタイミング等が制御部１４に送信されるようになっている。以下では、受信部１３が受信した反射波Ｒの周波数や振幅、受信部１３が反射波Ｒを受信するタイミング等の情報を合せて受信電磁波情報という場合がある。
【００２４】
なお、送信部１２と受信部１３との距離Ｌはとくに限定されず、できるだけ近い方がよく、１００ｍｍ以下が望ましい。ここでいう送信部１２と受信部１３との距離Ｌとは、送信部１２の送信アンテナの中心と受信部１３の受信アンテナの中心との距離を意味している。
【００２５】
＜制御部１４＞
図１に示すように、移動体１１には、制御部１４が設けられている。この制御部１４は、上述した送信部１２の作動を制御する機能や、受信部１３が受信した信号等を受信する機能を有している。また、制御部１４は、送信部１２が発信する電磁波Ｄに関する送信電磁波情報と、受信部１３が受信した反射波Ｒに関する受信電磁波情報と、検出器１１ｃから送信される位置情報と、を関連付けて記憶する記憶部１９を有している。
【００２６】
また、制御部１４は、送信電磁波情報や受信電磁波情報、位置情報に含まれる信号に基づいて、コンクリート構造物Ｃ中の埋設物Ｍを検出する機能を有している。例えば、上述した情報に含まれる信号を後述する演算部１５の各機能によって処理して、図５に示すようなＢスキャン画像を形成するための情報（Ｂスキャン情報）を形成する機能を有するものである。
【００２７】
なお、制御部１４は、埋設物検査装置１の移動体１１にディスプレイ等が設けられている場合には、Ｂスキャン情報に基づいてディスプレイ等にＢスキャン画像を表示させる機能を有していてもよい。もちろん、Ｂスキャン情報を記憶部１９に記憶しておき、Ｂスキャン情報を後で記憶部１９から読みだして、読みだしたＢスキャン情報に基づいて移動体１１とは別に設けられた表示装置にＢスキャン画像を表示させるようにしてもよい。
【００２８】
＜演算部１５＞
演算部１５は、送信電磁波情報や受信電磁波情報に含まれる信号を処理してＢスキャン情報を形成する機能を有しており、開口合成処理部１６、ノイズ除去部１７、パルス圧縮部１８を備えている。
なお、演算部１５は、電磁波Ｄを発信したタイミングと受信部１３が反射波Ｒを受信したタイミングから電磁波Ｄの往復伝搬時間を算出する機能も有している。
【００２９】
＜開口合成処理部１６＞
開口合成処理部１６は、送信電磁波情報や受信電磁波情報、位置情報に含まれる信号等を信号処理して探査精度を向上させる機能を有している。探査精度を向上させるとは、上述したＢスキャン情報に基づいて表示されるＢスキャン画像において、埋設物Ｍの位置が把握しやすい画像を形成できることを意味している。
【００３０】
開口合成処理部１６では、開口合成法によって信号処理を行う機能を有しているが、一般的な開口合成法に以下のような補正を加えることによって、埋設物Ｍの探査精度を向上している。
【００３１】
一般的な開口合成法では、以下のような処理が実施される。
まず、図６（Ａ）に示すように、コンクリート構造物Ｃの表面Ｆに沿った方向における任意の位置をＡ地点とし、このＡ地点の深度方向の下方に埋設物Ｍがある場合を考える。このとき、コンクリート構造物Ｃの表面Ｆに沿って（図６では左右方向に沿って）移動体１１を移動させながら送信部１２から電磁波Ｄを送信し受信部１３で反射波Ｒを受信すると、Ａ地点から距離が離れるほど電磁波Ｄの往復伝搬時間が長くなる。したがって、反射波Ｒを受信した各地点の往復伝搬時間を深度として各地点の反射波Ｒの信号を描くと、反射波Ｒの信号はＡ地点を中心として山型の双曲線を描く。
【００３２】
つぎに、受信部１３が受信する反射波Ｒの信号について、受信部１３が反射波Ｒを受信した全ての地点の信号の深度が揃うような座標変換を適用する（図６（Ｂ））。この座標変換は、Ａ地点と電磁波Ｄを送受信した地点との相対的位置関係で決まる幾何学的変換で、以下の式Ａで表される。なお、電磁波Ｄを送受信した地点は、送信部１２と受信部１３との中間点が該当する。
（式Ａ）
2020112426.tif 000005
（y′、y：座標変換前と後の深度座標、δ：Ａ地点と電磁波Ｄを送受信した地点とのコンクリート構造物Ｃの表面Ｆに沿った方向の距離、Ｌ：送信部１２と受信部１３の間隔）。
最後に、変換した信号をＡ地点の信号に加算する。
同じ計算を各走査位置で行うと、埋設物Ｍの位置にピークがあるような波形分布が得られる（図６（Ｃ））。
最終的に、実際の測定で得られる反射波Ｒの信号Ｐ（ｘ，ｙ）（受信部１３が受信する反射波Ｒの信号）は以下の式Ｂに従ってＱ（ｘ，ｙ）に変換される。
（式Ｂ）
2020112426.tif 000006
ｗ（δ）は区間［-Ｗ，Ｗ］の窓関数
【００３３】
ここで、移動体１１の底面とコンクリート構造物Ｃの表面Ｆとの間には、通常、距離Ｈの隙間がある。つまり、移動体１１の底面とコンクリート構造物Ｃの表面Ｆとの間には、距離Ｈの空気層が存在している。この空気層は、（ｉ）電磁波Ｄが空気を伝搬することによって生じる伝搬時間の遅れ、（ｉｉ）空気とコンクリート構造物Ｃの表面Ｆとの間で生じる電磁波Ｄの屈折による伝搬経路のずれ（図３（Ａ）参照）、を生じさせる。このうち（ｉ）については距離Ｈが短く空気中の電磁波Ｄの伝搬速度がコンクリートＣの２〜３倍であることから、電磁波Ｄは非常に短い時間で空気層を通過するため、影響は小さいと考えられる。一方、（ｉｉ）については、屈折率が大きいと、電磁波Ｄの伝搬経路に無視できないずれが生じる。上述した式Ａの導出においては、移動体１１（つまり送信部１２および受信部１３）とコンクリート構造物Ｃの表面Ｆとの間の隙間が考慮されていない。つまり、空気層とコンクリート構造物Ｃの表面Ｆとの界面での屈折がない（図２参照）ことを前提に式Ａによる座標変換を行っているため、式Ａによって座標変換した信号にズレが生じる。すると、最終的に得られる信号は、屈折率に起因するズレが生じたものとなってしまう。つまり、埋設物Ｍの位置が本来の位置とはズレた状態で開口合成処理が実施されてしまうので、埋設物Ｍの検出精度が低下してしまう。
【００３４】
そこで、開口合成処理部１６では、上述した式Ａによる座標変換処理を実施する際に、実際に測定された反射波Ｒの信号に変えて、屈折率の影響を考慮したデータを利用するようにしている。
【００３５】
具体的には、開口合成処理部１６は、式Ａにより反射波Ｒの信号を座標変換する際に、実際の送信電磁波情報や受信電磁波情報、位置情報とともに、実際に測定された反射波Ｒの信号に変えて、屈折率を考慮した補正用データを使用することによって屈折率の影響を緩和している。
【００３６】
補正用データは、コンクリート構造物Ｃ中における埋設物Ｍの位置および移動体１１の位置（コンクリート構造物Ｃの表面Ｆに沿った位置）を変化させて送信部１２から受信部１３までの電磁波Ｄの伝播時間をそれぞれ算出したデータである。つまり、補正用データは、コンクリート構造物Ｃの表面Ｆに沿った方向における埋設物Ｍと移動体１１との距離（移動方向距離：δ1、 δ2、…、図３（Ａ）参照）と、コンクリート構造物Ｃの表面Ｆから埋設物Ｍまでの深度（埋設物深度：y1、 y2、…、図３（Ａ）参照）の複数個の組合せについて、電磁波Ｄと反射波Ｒの伝播時間（往復伝搬時間）を数値的に導出したデータである。
【００３７】
かかる補正用データを有する開口合成処理部１６では、以下のようにして、座標変換に利用する移動方向距離および埋設物深度を決定する。
まず、実際の測定情報（送信電磁波情報や受信電磁波情報、位置情報、実際の測定情報から得られる往復伝搬時間）と補正用データとを比較して、実際の測定情報と同じ往復伝搬時間かつ同じ埋設物深度の補正用データを検索する。
そして、実際の測定情報と同じ往復伝搬時間および同じ埋設物深度の補正データが検索されると、その補正用データの埋設物深度と移動方向距離を利用して、式Ａにより座標変換を行う。
すると、式Ａの座標変換した信号は、屈折率によるズレを低減した信号とすることができる。
【００３８】
なお、補正用データの往復伝搬時間を計算する方法はとくに限定されない。スネルの法則に基づいて各位置での電磁波Ｄおよび反射波Ｒの移動経路を表す式を作成しこの式から直接往復伝搬時間を計算することができる。また、フェルマーの原理を利用して数値計算に有利な最適化問題に帰着させて往復伝搬時間を求めることもできる。フェルマーの原理を利用すれば、往復伝搬時間を効率よく計算することができる。
【００３９】
送信部１２および受信部１３(図８では送信アンテナおよび受信アンテナ)とコンクリート表面に隙間Ｈがある場合は、埋設物Ｍが図８のような格子上（格子間隔：(Δｘ,Δｙ)）にある場合の電磁波伝搬時間をあらかじめ計算する。図８の場合、往路の電磁波伝搬時間Ｔｉは、パラメータＸｉを使って以下の式Ｃように表される。
なお、ｎは空気からコンクリートに電磁波が入射した際の屈折率であり、ｃは光速である。
また、格子点の設定は、送信部１２および受信部１３が同時に格子点に載る必要があるため、Δｙについては特に制限は無いが、Δｘは、その偶数倍が距離Ｌとなるように設定される。
（式Ｃ）
2020112426.tif 000007
【００４０】
式Ｃは、パラメータＸｉが未知のパラメータとなっているが、フェルマーの原理によると、電磁波は伝搬時間（式Ｃで得られる伝播時間）が最小になるような経路を通る。この条件からＸｉが決定される。
【００４１】
屈折率ｎは、電磁気学的には（ε）1/2に等しい。コンクリートの場合ｎ=２〜３（ε＝４〜９）程度とすればよい。しかし、屈折率ｎはコンクリートの組成や温度・湿度などの外環境に大きく依存するため、探査条件に合わせて屈折率ｎを決定するのが確実である。
【００４２】
また、補正用データの往復伝搬時間は限定された組み合わせのデータであり、必ずしも補正する対象となる実際の測定情報と一致しない。しかし、補正用データに実際の測定情報と一致するデータが無い場合（例えば、埋設物Ｍが図８の格子点に無い場合など）には、往復伝搬時間を補間して移動方向距離および埋設物深度を求めれば、その移動方向距離および埋設物深度を信号処理に利用することができる。なお、往復伝搬時間を補間する方法はとくに限定されないが、例えば、スプライン曲線を用いて補間することができる。
【００４３】
＜パルス圧縮部１８＞
開口合成処理を実施すれば、移動体１１の移動方向における埋設物Ｍの探査精度を向上することができるが、埋設深度が深い埋設物Ｍの探査精度は向上できない。埋設物Ｍが埋設されている位置がコンクリート構造物Ｃの表面Ｆから離れるほど、埋設物Ｍからの反射波Ｒの信号が弱くなるため、かかる埋設物Ｍの探査精度を向上することも必要である。
【００４４】
そこで、演算部１５は、コンクリート構造物Ｃの深度方向における埋設物Ｍの探査精度を向上できるパルス圧縮部１８を備えている。このパルス圧縮部１８は、開口合成処理部１６による信号処理を行う前に、受信部１３が検出した反射波Ｒの信号をパルス圧縮法によって処理する機能を有している。かかるパルス圧縮部１８によって受信部１３が検出した反射波Ｒの信号をパルス圧縮処理すれば、コンクリート構造物Ｃの深度方向における埋設物の探査精度を向上できる。そして、パルス圧縮処理された信号（パルス圧縮信号）を用いて開口合成処理部１６による信号処理を行えば、移動体１１の移動方向だけでなく、コンクリート構造物Ｃの深度方向における埋設物Ｍの探査精度を向上できる。
【００４５】
パルス圧縮部１８では、受信部１３が検出した反射波Ｒの信号を以下の式１の関数を用い、かつ、基準信号として送信部１２から送信された電磁波の波形をパラメータ化した摸擬関数を使用して処理している。
式１
2020112426.tif 000008
【００４６】
なお、基準信号として採用される摸擬関数はとくに限定されず、コンクリート構造部Ｃや想定される埋設物Ｍ等に応じて適切な摸擬関数を採用することができる。例えば、図３（Ｂ）に示すような波形となる模擬関数を採用することができる。
【００４７】
また、パルス圧縮処理を行う関数も上述した式１の関数に限られず、コンクリート構造部Ｃや想定される埋設物Ｍ等に応じて適切な関数を採用することができる。
【００４８】
＜ノイズ除去部１７＞
演算部１５は、パルス圧縮処理後のパルス圧縮信号に含まれるノイズを除去する機能を有するノイズ除去部１７を備えている。受信部１３が受信する信号には、埋設物Ｍからの反射波Ｒの信号以外にもコンクリート構造物Ｃの表面Ｆで多重反射した信号等のバックグラウンドノイズ等が含まれている。深い深度にある埋設物Ｍで反射した反射波Ｒは信号強度が弱いため、バックグラウンドノイズの影響が大きくなる。このバックグラウンドノイズの影響は、パルス圧縮処理後のパルス圧縮信号にも表れ、開口合成処理部１６による信号処理にも影響を与える。そこで、パルス圧縮信号を開口合成処理部１６に供給する前に、ノイズ除去部１７によってパルス圧縮信号に含まれるノイズを除去すれば、深い深度にある埋設物Ｍの探査精度をさらに向上することができる。
【００４９】
ノイズ除去部１７は、パルス圧縮信号（元信号、図７（Ａ）参照）を移動体１１の移動方向に沿って平均化し、平均化されたパルス圧縮信号（平均化信号、図７（Ｂ）参照）を元信号から減算処理することによってバックグラウンドノイズを低減する。具体的には、パルス圧縮信号のうち、同じ深度のパルス圧縮信号を移動体１１の移動方向に沿って平均化し、その平均化信号を同じ深度の元信号から減算する処理を実施する。バックグラウンドノイズは水平方向の変化が小さいので、上記のように処理することによって、効果的にバックグラウンドノイズを除去した信号を得ることができる（図７（Ｃ）参照）。
【００５０】
なお、受信部１３が受信した反射波Ｒをパルス圧縮せずにそのまま開口合成処理部１６によって開口合成処理する場合には、ノイズ除去部１７は、受信部１３が受信した反射波Ｒの信号等に含まれるノイズを除去するようにしてもよい。この場合でも、上述した方法と同様に、ノイズ除去部１７によって受信部１３が受信した反射波Ｒの信号等に含まれるノイズを除去すれば、深い深度にある埋設物Ｍの探査精度を向上することができる。
【００５１】
＜本実施形態のコンクリート内埋設物の検査装置１＞
上述した埋設物検査装置１では、以下のようにして検査が実施される。なお、以下では、埋設物検査装置１の移動体１１にディスプレイ等を有している場合を説明する。
【００５２】
まず、移動体１１をその車輪１１ｒがコンクリート構造物Ｃの表面Ｆに接触するように配置する。その状態で、制御部１４によって送信部１２から電磁波Ｄをコンクリート構造物Ｃに向かって送信させる。このとき、制御部１４では移動体１１の位置の情報（位置情報）や送信部１２から送信する電磁波Ｄの情報（送信電磁波情報）が記憶部１９に記憶される。
【００５３】
送信部１２から電磁波Ｄが送信されると、コンクリート構造物Ｃ内の埋設物Ｍ等で反射した反射波Ｒが移動体１１の受信部１３によって受信される。すると、反射波Ｒの情報（受信電磁波情報）が制御部１４に送信されて、受信電磁波情報が、位置情報や送信電磁波情報と関連付けられて記憶部１９に記憶される。
【００５４】
送信部１２から電磁波Ｄをコンクリート構造物Ｃに向かって送信させながら、移動体１１をコンクリート構造物Ｃの表面Ｆに沿って移動させる。すると、移動体１１の各位置での位置情報や送信電磁波情報、受信電磁波情報が制御部１４の記憶部１９に記憶される。
【００５５】
ある程度の距離を移動体１１が移動すると測定が終了し、制御部１４の演算部１５によって信号処理が実施される。そして、処理された信号に基づいて、移動体１１のディスプレイにＢスキャン画像を表示させれば、作業者が埋設物Ｍの有無や位置を把握することができる。
【００５６】
＜演算部１５について＞
上記例では、埋設物検査装置１の演算部１５が、開口合成処理部１６とノイズ除去部１７、パルス圧縮部１８を有している場合を説明した。しかし、演算部１５は、ノイズ除去部１７とパルス圧縮部１８は必ずしも有していなくてもよい。つまり、演算部１５は、開口合成処理部１６だけを有していてもよいし、開口合成処理部１６とノイズ除去部１７だけを有していてもよいし、開口合成処理部１６とパルス圧縮部１８だけを有していてもよい。しかし、演算部１５が、開口合成処理部１６、ノイズ除去部１７、パルス圧縮部１８の全てを有していれば、埋設物Ｍの検出精度を向上できる。そして、Ｂスキャン画像に基づいて作業者が埋設物Ｍの有無や位置を把握する精度を高くすることができる。
【００５７】
＜市販の電磁波レーダ探査装置の適用について＞
本実施形態のコンクリート内埋設物の検査装置１には、移動体１１や送信部１２、受信部１３を備えた市販の電磁波レーダ探査装置を使用することができる。つまり、市販の電磁波レーダ探査装置において、制御部１４が、上述した開口合成処理部１６やノイズ除去部１７、パルス圧縮部１８の機能を有するものとすれば、市販の電磁波レーダ探査装置を、本実施形態のコンクリート内埋設物の検査装置１とすることができる。本実施形態のコンクリート内埋設物の検査装置１に使用できる市販の電磁波レーダ探査装置としては、例えば、ＫＥＹＴＥＣ製：型番ＳＩＲ−ＥＺ  ＨＲや、日本無線製：型番ＮＪＪ-１０５等を挙げることができる。
【実施例】
【００５８】
本発明の埋設物検査方法が、コンクリート試験体内の埋設物を検査に有効であることを実験により確認した。
【００５９】
実験では、市販の電磁波レーダ探査装置（ＫＥＹＴＥＣ製：型番ＳＩＲ−ＥＺ  ＨＲ）を使用して、測定したデータについて本発明の埋設物検査方法を適用した。
【００６０】
実験では、図４に示すようなコンクリート試験体を使用した。試験体は、縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ×厚さ３００ｍｍのコンクリートの直方体でありそれぞれ鉄筋４本（Ｄ１６×２、Ｄ１０×２）と薄鋼電線管Ｃ２５が埋め込まれたものである。このコンクリート試験体を用いて、コンクリート試験体の表面に沿って電磁波レーダ探査装置を移動させて、埋設物の探査を実施した。
【００６１】
実施例１で使用した試験体は、上の２本の鉄筋からの信号が交差する付近に電線管が位置しており、実施例２で使用した試験体は、電線管直上に鉄筋（Ｄ１６）が存在しており、いずれの場合も電線管の探知が困難になる可能性がある。
【００６２】
また、実施例１および実施例２のいずれも、本発明の（１）ノイズ除去処理、（２）補正用データを使用した深度補正処理、（３）開口合成法による処理、（４）パルス圧縮処理、を実施した。
【００６３】
実施例１および実施例２について、本発明の埋設物検査方法を適用した結果を図５に示す。
【００６４】
図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例１では、（１）〜（３）の処理を実施することによって、上段の２本の鉄筋と電線管からの信号の交差部分の擬似信号が除かれていることが確認できる。また、（１）〜（４）の全ての処理を実施することによって、鉄筋や電線管からの信号がコンパクトかつ鮮明になっていることが確認できる。
【００６５】
図５（Ｄ）〜（Ｆ）に示すように、実施例２では、電線管直上の鉄筋の影響で電線管信号が弱くなっているが、補正用データを使用した開口合成法による処理を適用することにより、鉄筋信号との区別が明瞭化されていることが確認できる。また、（１）、（２）の処理だけでは、多重反射による複雑な干渉が見えるが、（１）、（２）の処理の後、（３）の開口合成法による処理をすることによって、多重反射による干渉が目立たなくなっている。また、（４）パルス圧縮処理も実施することによって、下段の２本の鉄筋については、水平方向の広がりが低減されていることが分かる。
【００６６】
以上のように、本発明の埋設物検査方法をコンクリート試験体内の埋設物の検査に適用することによって、埋設物の検出精度を高めることができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明のコンクリート内埋設物の検査装置は、コンクリート製の建造物の壁や柱等に埋設された鉄筋や電線管等の埋設物の有無を検出する装置として適している。
【符号の説明】
【００６８】
１      コンクリート内埋設物の検査装置
１１      移動体
１２      送信部
１３      受信部
１５      演算部
１６      開口合成処理部
１７      ノイズ除去部
１８      パルス圧縮部
Ｃ      コンクリート構造物
Ｆ      コンクリート構造物Ｃの表面
Ｍ      埋設物
Ｄ      電磁波
Ｒ      反射波
【図１】
2020112426.tif 000011
【図２】
2020112426.tif 000012
【図３】
2020112426.tif 000013
【図４】
2020112426.tif 000014
【図５】
2020112426.tif 000015
【図６】
2020112426.tif 000016
【図７】
2020112426.tif 000017
【図８】
2020112426.tif 000018