(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を発信する発信探触子と、受信する受信探触子とを備え、
両探触子を、コンクリートのひび割れを隔てた両側に配置して、コンクリートのひび割れ状態を計測するコンクリート構造物のひび割れ状態計測装置であって、
ひび割れを隔てた一側のコンクリート表面より広帯域超音波を発信し、ひび割れを隔てた他側のコンクリート表面で広帯域超音波を受信し、送受信位置をずらして複数回送受信すると共に、
受信した広帯域受信波からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルを求める第１演算機能と、
上記広帯域受信波スペクトルからフィルタを用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルを求める抽出機能と、
抽出された狭帯域受信波スペクトルをフーリエ逆変換して時系列波を求める第２演算機能と、
上記時系列波を時系列重み付け関数で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形を求める第３演算機能と、
上記処理波形から回折波の起生時刻を読出す読出し機能と、
上記起生時刻に基づいて、ひび割れ状態を演算する第４演算機能と、を備えた
制御手段を設け、
上記制御手段は、
コンクリート構造物表面の水平方向をｙ軸とし、コンクリートの深さ方向をｘ軸とした時、
ひび割れ先端の座標（ｘ，ｙ）および超音波の音速νのパラメータ
0005404218.tif 000032
を設定する設定機能と、
設定したパラメータで発信探触子から受信探触子への超音波の伝播時間Ｆｉを下式で計算する計算機能と、
0005404218.tif 000033
上記計算機能で計算された計算値と実測値との残差Δｄを演算する残差演算機能と、上記残差が許容値以内か否かを判定する収束判定機能と、
上記収束判定機能で残差が許容値以内であると判定された時、最終のパラメータを求めるパラメータ決定機能と、
上記収束判定機能で残差が許容値以内でないと判定された時、パラメータを以下の（１）〜（３）の演算により修正するパラメータ修正機能とを備えた
コンクリート構造物のひび割れ状態計測装置。
（１）Δｐをパラメータの修正量とし、Ａを偏微分係数からなるヤコビアン行列として、パラメータ修正反復ｋ回目のモデルをｐ（ｋ）で表し、Ｆ（ｐ）をその周りでテイラー展開して
0005404218.tif 000034
を得る。ここでヤコビアン行列Ａの成分は以下で示される。
0005404218.tif 000035
但し、ｉ＝１〜Ｎ、ｊ＝１〜Ｍ  
（２）ヤコビアン行列Ａの計算を行ないＦｉ（ｐ）の偏微分係数を求める。
0005404218.tif 000036
（３）下式により残差Δｄに基づいてハウスホルダ法によるパラメータ修正量Δｐを計算し、パラメータｐの修正を実行する。
0005404218.tif 000037
【請求項２】
上記収束判定機能で残差が許容値以上であると判定された時、パラメータを修正する修正機能を備えた
請求項１記載のコンクリート構造物のひび割れ状態計測装置。
【請求項３】
超音波を発信する発信探触子と、受信する受信探触子とを備え、
両探触子を、コンクリートのひび割れを隔てた両側に配置して、コンクリートのひび割れ状態を計測するコンクリート構造物のひび割れ状態計測方法であって、
ひび割れを隔てた一側のコンクリート表面より広帯域超音波を発信し、ひび割れを隔てた他側のコンクリート表面で広帯域超音波を受信し、送受信位置をずらして複数回送受信する第１の工程と、
受信した広帯域受信波からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルを求める第２の工程と、
上記広帯域受信波スペクトルからフィルタを用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルを求める第３の工程と、
抽出された狭帯域受信波スペクトルをフーリエ逆変換して時系列波を求める第４の工程と、
上記時系列波を時系列重み付け関数で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形を求める第５の工程と、
上記処理波形から回折波の起生時刻を読出す第６の工程と、
上記起生時刻に基づいて、ひび割れ状態を演算する第７の工程と、を備え、
上記第７の工程は、
コンクリート構造物表面の水平方向をｙ軸とし、コンクリートの深さ方向をｘ軸とした時、
ひび割れ先端の座標（ｘ，ｙ）および超音波の音速νのパラメータ
0005404218.tif 000038
を設定し、
設定したパラメータで発信探触子から受信探触子への超音波の伝播時間Ｆｉを下式で計算し、
0005404218.tif 000039
上記計算された計算値と実測値との残差Δｄを演算し、上記残差が許容値以内か否かを判定し、
上記残差が許容値以内であると判定された時、最終のパラメータを求め、
上記残差が許容値以内でないと判定された時、パラメータを以下の（１）〜（３）の演算により修正する
コンクリート構造物のひび割れ状態計測方法。
（１）Δｐをパラメータの修正量とし、Ａを偏微分係数からなるヤコビアン行列として、パラメータ修正反復ｋ回目のモデルをｐ（ｋ）で表し、Ｆ（ｐ）をその周りでテイラー展開して
0005404218.tif 000040
を得る。ここでヤコビアン行列Ａの成分は以下で示される。
0005404218.tif 000041
但し、ｉ＝１〜Ｎ、ｊ＝１〜Ｍ  
（２）ヤコビアン行列Ａの計算を行ないＦｉ（ｐ）の偏微分係数を求める。
0005404218.tif 000042
（３）下式により残差Δｄに基づいてハウスホルダ法によるパラメータ修正量Δｐを計算し、パラメータｐの修正を実行する。
0005404218.tif 000043
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波の発信探触子と受信探触子とを、コンクリートのひび割れを隔てた両側に配置して、コンクリートのひび割れ状態（ひび割れの深さや傾き等）を計測するようなコンクリート構造物のひび割れ状態計測方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、橋梁その他のコンクリート構造物において、その施工時より年月が経過すると、該コンクリートには、ひび割れが発生し、その補修に際しては該ひび割れの深さや傾きが判別できると、補修工事に有効となる。
【０００３】
従来、このようなコンクリート構造物のひび割れ状態を計測する方法、装置としては、特許文献１に開示（特に、同公報の段落［００６９］〜［００７５］参照）されたものがある。  
すなわち、コンクリート構造物としてのコンクリート塊におけるひび割れの深さの計測に際し、共振振動数が２．５ＭＨｚの発信探触子と受信探触子とを、ひび割れを挟むように配置し、ステップ型電圧を５００ボルトとし、発信探触子に該ステップ型電圧を所定時間間隔（例えば、５ｍ秒間隔）で連続して印加する。
【０００４】
この時、上記発信探触子および受信探触子をコンクリート塊の表面に接触させながら、所定範囲内で移動させ、入力超音波毎に受信超音波を収録し、複数回の送受信の加算平均を行なった時系列波を求め、この時系列波から、ひび割れの底部を迂回する波（回折波）の起生時刻ｔｈを特定し、次の［数１］からひび割れの深さｄｅを求めるものである。  
【数１】
0005404218.tif 000002
但し、νは超音波のコンクリート内における音速［ｍｍ／μｓｅｃ］
【０００５】
しかしながら、この特許文献１に開示された従来技術においては、周波数が２．５ＭＨｚ（２５００ｋＨｚ）と相対的に高い。このように、周波数が高い場合には、超音波の直進性が大きく、超音波の指向方向における強度の減衰が大となる。一般に、周波数が高くなる程、その減衰が加速度的に大きくなるため、２．５ＭＨｚの受信波では、その受信強度が小さくなる問題点があった。  
また、２．５ＭＨｚを中心とする狭帯域波が使用される関係上、外乱の影響を受けやすい問題点もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０５０４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明は、ひび割れを隔てた一側のコンクリート表面より広帯域超音波を発信し、ひび割れを隔てた他側のコンクリート表面で広帯域超音波を受信し、送受信位置をずらして複数回送受信すると共に、受信した広帯域受信波からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルを求め、このスペクトルからフィルタを用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルを求め、抽出された狭帯域受信波スペクトルをフーリエ逆変換して時系列波を求め、この時系列波を時系列重み付け関数で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形を求め、この処理波形から回折波の起生時刻を読出し、該起生時刻に基づいて、ひび割れ状態を演算することにより、外乱に影響されにくく、しかも、広帯域波の成分内には超音波の指向方向における強度の減衰率が小さい成分があり、受信波の強度を充分に確保することができると共に、ひび割れ状態を比較的正確に計測することができるコンクリート構造物のひび割れ状態計測方法およびその装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によりコンクリート構造物のひび割れ状態計測装置は、超音波を発信する発信探触子と、受信する受信探触子とを備え、両探触子を、コンクリートのひび割れを隔てた両側に配置して、コンクリートのひび割れ状態を計測するコンクリート構造物のひび割れ状態計測装置であって、ひび割れを隔てた一側のコンクリート表面より広帯域超音波を発信し、ひび割れを隔てた他側のコンクリート表面で広帯域超音波を受信し、送受信位置をずらして複数回送受信すると共に、受信した広帯域受信波からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルを求める第１演算機能と、上記広帯域受信波スペクトルからフィルタを用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルを求める抽出機能と、抽出された狭帯域受信波スペクトルをフーリエ逆変換して時系列波を求める第２演算機能と、上記時系列波を時系列重み付け関数で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形を求める第３演算機能と、上記処理波形から回折波の起生時刻を読出す読出し機能と、上記起生時刻に基づいて、ひび割れ状態を演算する第４演算機能と、を備えた制御手段を設け、上記制御手段は、コンクリート構造物表面の水平方向をｙ軸とし、コンクリートの深さ方向をｘ軸とした時、ひび割れ先端の座標（ｘ，ｙ）および超音波の音速νのパラメータ
0005404218.tif 000003
を設定する設定機能と、設定したパラメータで発信探触子から受信探触子への超音波の伝播時間Ｆｉを下式で計算する計算機能と、
0005404218.tif 000004
上記計算機能で計算された計算値と実測値との残差Δｄを演算する残差演算機能と、上記残差が許容値以内か否かを判定する収束判定機能と、上記収束判定機能で残差が許容値以内であると判定された時、最終のパラメータを求めるパラメータ決定機能と、上記収束判定機能で残差が許容値以内でないと判定された時、パラメータを以下の（１）〜（３）の演算により修正するパラメータ修正機能とを備えたものである。  
（１）Δｐをパラメータの修正量とし、Ａを偏微分係数からなるヤコビアン行列として、パラメータ修正反復ｋ回目のモデルをｐ（ｋ）で表し、Ｆ（ｐ）をその周りでテイラー展開して
0005404218.tif 000005
を得る。ここでヤコビアン行列Ａの成分は以下で示される。
0005404218.tif 000006
但し、ｉ＝１〜Ｎ、ｊ＝１〜Ｍ  
（２）ヤコビアン行列Ａの計算を行ないＦｉ（ｐ）の偏微分係数を求める。
0005404218.tif 000007
（３）下式により残差Δｄに基づいてハウスホルダ法によるパラメータ修正量Δｐを計算し、パラメータｐの修正を実行する。
0005404218.tif 000008
上述の広帯域超音波の周波数帯域は０〜５．０ＭＨｚに設定してもよい。また、フィルタで抽出する所定周波数範囲は、コンクリートのひび割れ計測に最も適した５０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの間に中心周波数を有することが望ましい。
【０００９】
上記構成によれば、第１演算機能は、受信した広帯域受信波からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルを求め、抽出機能は、広帯域受信波スペクトルからフィルタを用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルを求め、第２演算機能は、抽出された狭帯域受信波スペクトルをフーリエ逆変換して時系列波を求め、第３演算機能は、時系列波を時系列重み付け関数で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形を求め、読出し機能は、処理波形から回折波の起生時刻を読出し、第４演算機能は、起生時刻に基づいて、ひび割れ状態を演算する。
【００１０】
このように、超音波として広帯域波を用いるので、その成分内には、超音波の指向方向における強度の減衰率が小さい成分（相対的に周波数が低い成分）が存在し、この結果、受信波の強度を充分に確保することができる。  
また、フィルタを用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出するので、コンクリートのひび割れ計測に最も適した周波数範囲を確保することができる。
【００１１】
さらに、時系列波を時系列重み付け関数で切出すので、コンクリート中に存在する鉄筋からの反射波などの外乱を排除することができる。  
しかも、エンファシス処理を行なって処理波形を求めるので、回折波の起生時刻の読出しが、正確かつ容易となる。  
これらにより、比較的正確に、ひび割れ状態の計測を行なうことができる。
【００１２】
また、上記構成によれば、制御手段の設定機能は、ひび割れ先端の座標（ｘ，ｙ）および超音波の音速νのパラメータ
0005404218.tif 000009
を設定し、計算機能は、設定したパラメータで発信探触子から受信探触子への超音波の伝播時間を計算し、残差演算機能は、上記計算機能で計算された計算値と実測値との残差を演算し、収束判定機能は、残差が許容値以内か否かを判定し、パラメータ決定機能は、上記収束判定機能で残差が許容値以内であると判定された時には、最終のパラメータを求める。
【００１３】
このため、ひび割れの傾斜の有無の如何にかかわらず、その先端位置を座標データとして特定することができ、ひび割れの深さ、ひび割れの傾斜角度を計測することができる。
【００１４】
この発明の一実施態様においては、上記収束判定機能で残差が許容値以上であると判定された時、パラメータを修正する修正機能を備えたものである。  
上記構成によれば、残差が許容値より大きい時、パラメータを修正するので、残差が小さくなる方向への修正ができ、ひび割れの先端位置をより一層正確に特定することができる。
【００１５】
この発明によるコンクリート構造物のひび割れ状態計測方法は、超音波を発信する発信探触子と、受信する受信探触子とを備え、両探触子を、コンクリートのひび割れを隔てた両側に配置して、コンクリートのひび割れ状態を計測するコンクリート構造物のひび割れ状態計測方法であって、ひび割れを隔てた一側のコンクリート表面より広帯域超音波を発信し、ひび割れを隔てた他側のコンクリート表面で広帯域超音波を受信し、送受信位置をずらして複数回送受信する第１の工程と、受信した広帯域受信波からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルを求める第２の工程と、上記広帯域受信波スペクトルからフィルタを用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルを求める第３の工程と、抽出された狭帯域受信波スペクトルをフーリエ逆変換して時系列波を求める第４の工程と、上記時系列波を時系列重み付け関数で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形を求める第５の工程と、上記処理波形から回折波の起生時刻を読出す第６の工程と、上記起生時刻に基づいて、ひび割れ状態を演算する第７の工程と、を備え、上記第７の工程は、コンクリート構造物表面の水平方向をｙ軸とし、コンクリートの深さ方向をｘ軸とした時、ひび割れ先端の座標（ｘ，ｙ）および超音波の音速νのパラメータ
0005404218.tif 000010
を設定し、設定したパラメータで発信探触子から受信探触子への超音波の伝播時間Ｆｉを下式で計算し、
0005404218.tif 000011
上記計算された計算値と実測値との残差Δｄを演算し、上記残差が許容値以内か否かを判定し、上記残差が許容値以内であると判定された時、最終のパラメータを求め、上記残差が許容値以内でないと判定された時、パラメータを以下の（１）〜（３）の演算により修正するものである。
（１）Δｐをパラメータの修正量とし、Ａを偏微分係数からなるヤコビアン行列として、パラメータ修正反復ｋ回目のモデルをｐ（ｋ）で表し、Ｆ（ｐ）をその周りでテイラー展開して
0005404218.tif 000012
を得る。ここでヤコビアン行列Ａの成分は以下で示される。
0005404218.tif 000013
但し、ｉ＝１〜Ｎ、ｊ＝１〜Ｍ  
（２）ヤコビアン行列Ａの計算を行ないＦｉ（ｐ）の偏微分係数を求める。
0005404218.tif 000014
（３）下式により残差Δｄに基づいてハウスホルダ法によるパラメータ修正量Δｐを計算し、パラメータｐの修正を実行する。
0005404218.tif 000015
【００１６】
上記構成によれば、第１の工程で、ひび割れを隔てた一側のコンクリート表面より広帯域超音波を発信し、ひび割れを隔てた他側のコンクリート表面で広帯域超音波を受信し、送受信位置をずらして複数回送受信する。
【００１７】
第２の工程で、受信した広帯域受信波からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルを求め、第３の工程で、上記広帯域受信波スペクトルからフィルタを用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルを求める。  
第４の工程で、抽出された狭帯域受信波スペクトルをフーリエ逆変換して時系列波を求め、第５の工程で、上記時系列波を時系列重み付け関数で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形を求める。  
第６の工程で、上記処理波形から回折波の起生時刻を読出し、第７の工程で、該起生時刻に基づいて、ひび割れ状態を演算する。
【００１８】
このように、超音波として広帯域波を用いるので、その成分内には、超音波の指向方向における強度の減衰率が小さい成分（相対的に周波数が低い成分）が存在し、この結果、受信波の強度を充分に確保することができる。  
また、フィルタを用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出するので、コンクリートのひび割れ計測に最も適した周波数範囲を確保することができる。
【００１９】
さらに、時系列波を時系列重み付け関数で切出すので、コンクリート中に存在する鉄筋からの反射波などの外乱を排除することができる。  
しかも、エンファシス処理を行なって処理波形を求めるので、回折波の起生時刻の読出しが、正確かつ容易となる。  
これらにより、比較的正確に、ひび割れ状態の計測を行なうことができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、ひび割れを隔てた一側のコンクリート表面より広帯域超音波を発信し、ひび割れを隔てた他側のコンクリート表面で広帯域超音波を受信し、送受信位置をずらして複数回送受信すると共に、受信した広帯域受信波からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルを求め、このスペクトルからフィルタを用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルを求め、抽出された狭帯域受信波スペクトルをフーリエ逆変換して時系列波を求め、この時系列波を時系列重み付け関数で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形を求め、この処理波形から回折波の起生時刻を読出し、該起生時刻に基づいて、ひび割れ状態を演算するので、外乱に影響されにくく、しかも、広帯域波の成分内には超音波の指向方向における強度の減衰率が小さい成分（相対的に周波数が低い成分）があり、受信波の強度を充分に確保することができると共に、ひび割れ状態を比較的正確に計測することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のコンクリート構造物のひび割れ状態計測装置を示すブロック図
【図２】発信探触子の説明図
【図３】発信探触子のステップ型電圧発生器の説明図
【図４】受信探触子の説明図
【図５】広帯域超音波の説明図
【図６】（ａ）はひび割れ状態計測時の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ１−Ｃ１線矢視断面図
【図７】（ａ）はひび割れ状態計測時の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ２−Ｃ２線矢視断面図
【図８】（ａ）はひび割れ状態計測時の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ３−Ｃ３線矢視断面図
【図９】実施形態１の工程図
【図１０】広帯域受信波の時系列波を示す波形図
【図１１】広帯域受信波スペクトルを示す波形図
【図１２】フィルタで抽出された狭帯域受信波スペクトルの波形図
【図１３】フーリエ逆変換で求めた時系列波の波形図
【図１４】エンファシス処理された処理波形の波形図
【図１５】（ａ）はひび割れ状態計測時の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ４−Ｃ４線矢視断面図、（ｃ）は（ｂ）の模式図
【図１６】実施形態２の工程図
【図１７】広帯域受信波の時系列波を示す波形図
【図１８】広帯域受信波スペクトルを示す波形図
【図１９】フィルタで抽出された狭帯域受信波スペクトルの波形図
【図２０】フーリエ逆変換で求めた時系列波の波形図
【図２１】エンファシス処理された処理波形の波形図
【図２２】（ａ）はひび割れ状態計測時の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ５−Ｃ５線矢視断面図
【図２３】（ａ）はひび割れ状態計測時の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ６−Ｃ６線矢視断面図
【図２４】実施形態３の工程図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[実施形態１]  
この発明の一実施形態を以下図面に基づいて詳述する。  
図面はコンクリート構造物のひび割れ状態計測方法およびその装置を示すが、まず、図１を参照して、コンクリート構造物のひび割れ状態計測装置の構成について説明する。
【００２３】
図１において、被探知体として、ひび割れ２９が発生したコンクリート構造物３０（以下単にコンクリートと略記する）の表面に接触配置する発信探触子３１と受信探触子３２とを設けている。  
上述の発信探触子３１は広帯域超音波（例えば０〜５．０ＭＨｚ）を発信するものであり、上述の受信探触子３２は０〜５．０ＭＨｚの広帯域超音波を受信するものである。  
上述の発信探触子３１には超音波発信装置の電流供給回路３３から電流が供給され、この発信探触子３１から超音波が発信してコンクリート３０内に入射する。
【００２４】
また受信探触子３２が受信した超音波信号は解析装置３４に入力されて解析される。  
この解析装置３４においては、受信探触子３２の受信信号が増幅回路３５により増幅された後、フィルタ回路３６でフィルタリングを受けた信号がＡＤ変換回路３７（アナログ・デジタル変換回路）によってデジタル信号に変換され、ゲートアレイ３８を介してＣＰＵ４０に入力される。
【００２５】
ハードディスク３９には解析処理アプリケーションソフトウェアと、ＣＰＵ４０により演算処理された時系列データが保存される。ここで、上述のＣＰＵ４０はフーリエ変換・フーリエ逆変換を行う処理部である。  
また、上述の解析結果は表示装置４１にも入力されて表示される。
【００２６】
さらに、必要な情報が入力手段としてのキーボードなどの入力装置４２からＣＰＵ４０に入力されるように構成している。メモリ４３はＣＰＵ４０が演算する際にデータを一時的に格納するために用いられる。また、ＣＰＵ４０からコントロール回路４４に制御信号が出力され、コントロール回路４４は増幅回路３５、フィルタ回路３６、ＡＤ変換回路３７、ゲートアレイ３８および電流供給回路３３に作動指令信号を出力する。
【００２７】
電流供給回路３３は同軸ケーブル４５を介して発信探触子３１に接続されており、発信探触子３１には図２に示すように、基盤化されたステップ型電圧発生器４６と振動子４７とが内蔵されている。
【００２８】
ステップ型電圧発生器４６には、図３に示すようにステップ電圧駆動回路４６１とステップ電圧発生回路４６２とが設けられており、ステップ電圧駆動回路４６１で発生するステップ関数型電圧を振動子４７に印加する。
【００２９】
広帯域超音波を被探知体としてのコンクリート３０に入力する都度、受信探触子３２で受信波を得る。  
この受信波は同軸ケーブル４９を介して、解析装置３４の増幅回路３５へ電圧の時間変動データとして送られる。増幅回路３５へ送られた時間変動データは、フィルタ回路３６を介してＡＤ変換回路３７に達し、この電圧のアナログ量が該ＡＤ変換回路３７によりデジタル量に変換され、ゲートアレイ３８を介してＣＰＵ４０に転送され、電圧デジタル値の時刻歴が表示装置４１に表示される。
【００３０】
自動的に、またはキーボードなどの入力装置４２を用いた外部からの指示で、電圧の増幅または減幅およびローパス／ハイパスフィルタ処理の指令がＣＰＵ４０に伝達され、ＣＰＵ４０はコントロール回路４４を介して増幅回路３５およびフィルタ回路３６を制御する。
【００３１】
図４に示すように、受信探触子３２には所定範囲の特性の振動数における漸減型ハイパスフィルタ回路５０、増幅回路５１および振動子５２が内蔵されている。
【００３２】
電流供給回路３３はコントロール回路４４により制御されて、所定の時間間隔で動作する。  
これにより、発信探触子３１に内蔵された振動子４７（図２参照）から、所定の時間間隔で超音波がコンクリート３０に入射される。
【００３３】
受信探触子３２に内蔵された振動子５２（図４参照）は超音波が入力する都度、コンクリート３０の音圧変化にともなって振動が励起する。この振動励起で振動子５２に生じる電圧の時間変化が、受信探触子３２内のフィルタ回路５０および増幅回路５１で１次処理される。
【００３４】
図１の増幅回路３５およびフィルタ回路３６の制御が終了した段階で、ＣＰＵ４０の指示でコントロール回路４４が動作し、ゲートアレイ３８に受信波の加算処理を命令する。
【００３５】
ゲートアレイ３８は、ＡＤ変換回路３７で得られる電圧に関する時刻歴デジタル量を、上記時刻歴を得る都度、指定回数加算する。そして、ＣＰＵ４０のコントロール下にて加算平均時刻歴を作成し、表示装置４１にその時刻歴をリアルタイム表示する。
【００３６】
フィルタ回路５０，３６および増幅回路５１，３５は受信探触子３２と解析装置３４との双方にそれぞれ内蔵されている。受信探触子３２に内蔵されているハイパスフィルタ回路５０および増幅回路５１は受信波に対して１次処理を行なうものであり、解析装置３４に内蔵されている増幅回路３５とフィルタ回路３６は、１次処理された受信波に対し、ＣＰＵ４０のコントロール下にて微調整するものである。この微調整は装置機能の高度化のために必要なものであるから、これら増幅回路３５、フィルタ回路３６は省略してもよい。
【００３７】
次に、図５を参照してパルス型電圧積荷による超音波と、ステップ関数型電圧積荷による超音波の相違について説明する。  
図５（ａ）は振動子にパルス型電圧（３０〜５００Ｖ）を印加した場合のスペクトルを示し、この場合には同図に示すように振動子の厚さ方向共振振動数を中心周波数とする比較的狭帯域のスペクトルをもつ発信超音波を得ることになる（従来技術の狭帯域周波数に相当。）。  
図５（ｂ）は発信探触子３１内の振動子４７にステップ関数型電圧（３０〜
５００Ｖ）を印加した場合のスペクトルを示し、この場合には同図に示すように共振振動数はもちろんのこと、これよりも低周波の成分も励起されたスペクトルとなり、この実施形態の広帯域超音波は図５（ｂ）による超音波を意味する。
【００３８】
実施形態１は後述する実施形態２、３の前提条件となる構成であって、コンクリート構造物（以下単に、コンクリートと略記する）３０に発生したひび割れ２９は図６に示すように、垂直なものと、図７に示すように左下方に傾斜するものと、図８に示すように右下方に傾斜するものとが存在するが、コンクリート３０の表面３０ｂからは、これらのひび割れ２９の状態を判別することは不可能である。
【００３９】
そこで、図６、図７、図８に示すように、探触子３１，３２の下方にひび割れ２９が存在しない場合には、コンクリート底部３０ａからの反射波α１の経路は、ひび割れ２９が存在する場合に対して短くなり、探触子３１，３２の下方にひび割れ２９が存在する場合には、ひび割れ２９の回折経路により、コンクリート底部３０ａからの反射波α２の経路は、ひび割れ２９が存在しない場合に対して長くなることを利用して、ひび割れ２９の状態を判別するものである。
【００４０】
この実施形態１では、図６、図７、図８に示すように、ひび割れ２９を隔てた一方側に、発信探触子３１および受信探触子３２を配置して、図９の各ステップＱ１〜Ｑ７での処理を実行した後に、ひび割れ２９を隔てた他方側に、発信探触子３１および受信探触子３２を配置して、図９の各ステップＱ１〜Ｑ７での処理を実行し、ひび割れ２９を隔てた左側と右側とで反射波の起生時刻ｔｈ（図１４参照）に差異があるか否か、また差異がある場合には、左右何れの起生時刻ｔｈが長いかを判定することで、ひび割れ２９の状態を判別するものである。
【００４１】
この実施形態１のひび割れ２９の状態判別方法を、図９に示す工程図を参照して、以下に詳述する。  
ステップＱ１で、発信探触子３１から０〜５．０ＭＨｚの広帯域超音波（０〜５．０ＭＨｚまでの範囲の周波数成分を全て含む超音波）をコンクリート３０の表面３０ｂから発信する。
【００４２】
次に、ステップＱ２で、発信探触子３１と同じ側の受信探触子３２で広帯域超音波（０〜５．０ＭＨｚ）を受信する。（ステップＱ１で図６〜図８の左側の探触子３１から発信した場合には、ステップＱ２で図６〜図８の左側（同じ側）の探触子３２で受信することを意味する）。そして、送受信位置をずらして複数回送受信を行ない、これら複数回分を加算平均した広帯域受信波ｒｅ１（図１０参照）を得る。
【００４３】
次に、ステップＱ３で、図１０に示す広帯域受信波ｒｅ１（時系列波）をフーリエ変換して、図１１に示すような広帯域受信波スペクトルｓｐ１を求める。
【００４４】
次に、ステップＱ４で、図１１に示す広帯域受信波スペクトルｓｐ１から、コンクリート３０のひび割れ２９の計測に最も適した５０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの間に中心周波数ｆ０を有するフィルタＦＩＬ１により所定周波数範囲のスペクトルを抽出して、図１２に示す狭帯域受信波スペクトルｓｐ２を求める。  
上記フィルタＦＩＬ１は、関数Ｂ（ｆ）（Ｂ（ｆ０）＝１．０）で示すことができ、中心周波数をｆ０とし、所定値をｆａとする時、次のように定義することができる。
【００４５】
ｆ≦ｆ０−ｆａでＢ（ｆ）＝０．０
ｆ＝ｆ０でＢ（ｆ）＝１．０
ｆ≧ｆ０＋ｆａでＢ（ｆ）＝０．０
ｆ０−ｆａ＜ｆ＜ｆ０でＢ（ｆ）は増加関数
ｆ０＜ｆ＜ｆ０＋ｆａでＢ（ｆ）は減少関数
この実施形態では、中心周波数がｆ０＝５５．８ｋＨｚのフィルタＦＩＬ１（図１１参照）を用いたが、この中心周波数ｆ０の数値はこれに限定されるものではなく、５０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの間に中心周波数ｆ０が存在すれば、他のフィルタであってもよい。
【００４６】
次に、ステップＱ５で、図１２に示す狭帯域受信波スペクトルｓｐ２をフーリエ逆変換して、図１３に示す時系列波ＴＳ１を求める。  
次に、ステップＱ６で、図１３に示す時系列波ＴＳ１を、同図に示す時系列重み付け関数（いわゆる、重み付けＴＧＣ関数）Ｇ１で切出すと共に、最小＝乗法などによるエンファシス処理を行なって、図１４に示す処理波形ｅｍ１を求める。図１３と図１４との対比から明らかなように、エンファシス処理された波形は、必要とする特徴部が際立った波形となる。
【００４７】
図１４で示したこの処理波形ｅｍ１は、図１の表示装置４１に可視表示される。そこで、次のステップＱ７で、図１４の処理波形ｅｍ１から反射波α１またはα２の起生時刻ｔｈを読出す。
【００４８】
このような各ステップＱ１〜Ｑ７の処理は、一対の探触子３１，３２を用いて、ひび割れ２９の両側において実行される。この場合、一対の探触子３１，３２を、ひび割れ２９の一方側に配置して各ステップＱ１〜Ｑ７の処理を行なった後に、ひび割れ２９の他方側で各ステップＱ１〜Ｑ７での処理を行なう。または、ひび割れ２９の両側にそれぞれ一対の探触子３１，３２を配置し、広帯域超音波の送受信を含む各ステップＱ１〜Ｑ７での処理をそれぞれ別々に行なってもよく、あるいは、ひび割れ２９の両側にそれぞれ一対の探触子３１，３２を配置し、一方側と他方側とで各ステップＱ１〜Ｑ７での処理を並行して行なってもよい。
【００４９】
次に、ステップＱ８で、ひび割れ２９を隔てた左側と右側との反射波α１またはα２の起生時刻ｔｈの差異判定を実行する。  
そして、ひび割れ２９を隔てた左側と右側とで起生時刻ｔｈが等しいか、または略等しい場合には、ステップＱ９に移行し、このステップＱ９で、ひび割れ２９は図６に示すような垂直なものであると認定する。
【００５０】
また、ひび割れ２９を隔てた左側の起生時刻ｔｈが、右側のそれよりも長い場合には、別のステップＱ１０に移行し、このステップＱ１０で、ひび割れ２９は図７に示すような左下方に傾斜するものであると認定する。  
さらに、ひび割れ２９を隔てた右側の起生時刻ｔｈが、左側のそれよりも長い場合には、さらに別のステップＱ１１に移行し、このステップＱ１１で、ひび割れ２９は図８に示すような右下方に傾斜するものであると認定する。
【００５１】
ここで、上記各ステップＱ９，Ｑ１０，Ｑ１１による処理内容は、図１で示した表示装置４１に可視表示される。すなわち、これらの各ステップＱ９，Ｑ１０，Ｑ１１は判定結果を可視表示する表示手段を構成するものである。また、図９に示す工程図の各ステップＱ１〜Ｑ１１はその処理内容に対応する手段を構成する。  
このように、上記各ステップＱ１〜Ｑ１１での処理により、コンクリート３０に発生したひび割れ２９の種別（垂直、左下方に傾斜するもの、右下方に傾斜するもの）を容易に判別することができる。
【００５２】
[実施形態２]  
図１５〜図２１はコンクリート構造物のひび割れ２９の状態計測方法およびその装置の実施形態２を示すが、この実施形態２においても、図１〜図５で示した回路装置を用いる。  
この場合、図１で示した制御手段としてのＣＰＵ４０は、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、ひび割れ２９を隔てた一側のコンクリート３０の表面３０ｂより発信探触子３１から広帯域超音波（０〜５．０ＭＨｚの帯域）を発信し、ひび割れ２９を隔てた他側のコンクリート３０表面で受信探触子３２にて広帯域超音波を受信し、送受信位置（ｐｏｓ１，ｐｏｓ２，ｐｏｓ３）をずらして複数回送受信すると共に、受信した広帯域受信波（図１７参照）からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルｓｐ３（図１８参照）を求める第１演算機能（図１６のステップＵ３参照）と、上記広帯域受信波スペクトルｓｐ３（図１８参照）からフィルタＦＩＬ２を用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルｓｐ４（図１９参照）を求める抽出機能（ステップＵ４参照）と、抽出された狭帯域受信波スペクトルｓｐ４（図１９参照）をフーリエ逆変換して時系列波（図２０参照）を求める第２演算機能（ステップＵ５参照）と、上記時系列波（図２０参照）を時系列重み付け関数Ｇ２で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形ｅｍ２（図２１参照）を求める第３演算機能（ステップＵ６参照）と、上記処理波形ｅｍ２（図２１参照）から回折波β（図１５参照）の起生時刻ｔｈを読出す読出し機能（ステップＵ７参照）と、上記起生時刻ｔｈに基づいて、ひび割れ２９の状態を演算する第４演算機能（ステップＵ８参照）と、を備えている。
【００５３】
図１５に示すように、コンクリート３０には一般に該コンクリート３０の表面３０ｂから所定の深さ位置（例えば、約１０．０ｃｍの深さ位置）に鉄筋２８が等間隔で複数埋設されており、発信探触子３１から広帯域超音波を発信した場合、図１５（ｂ）に示すように、この鉄筋２８による反射波γと、コンクリート底部３０ａでの反射波α１と、ひび割れ２９の先端位置で回折される回折波βとが発生する。
【００５４】
ここで、ひび割れ２９の状態を計測する場合、上述の各反射波α１，γは何れも外乱となるので、この外乱の影響を受けないように、外乱を排除して回折波βのみを抽出処理することが要請される。  
特に、この実施形態２では、図２０に示す時系列波ＴＳ２を時系列重み付け関数Ｇ２（同図参照）で切出すことにより、コンクリート３０中に存在する鉄筋２８からの反射波γつまり外乱を排除するように構成している。
【００５５】
つぎに、図１６に示す工程図を参照して、コンクリート構造物のひび割れ２９の状態計測方法について詳述する。  
ステップＵ１で、ひび割れ２９の図示左側に配置した発信探触子３１から０〜５．０ＭＨｚの広帯域超音波（０〜５．０ＭＨｚまでの範囲の周波数成分を全て含む超音波）を、コンクリート３０の表面３０ｂから発信する。
【００５６】
次に、ステップＵ２で、ひび割れ２９の図示右側に配置した受信探触子３２で広帯域超音波（０〜５．０ＭＨｚ）を受信する。そして、送受信位置を図１５のポジションｐｏｓ１からポジションｐｏｓ２にずらして送受信を行ない、さらにポジションｐｏｓ２からポジションｐｏｓ３にずらして送受信を行ない、このような複数回（この場合は、３回）の送受信を行なったものを加算平均した広帯域受信波ｒｅ２（図１７参照）を得る（第１の工程）。なお、送受信回数は３回に限定するものではなく、４回以上の複数回であってもよい。
【００５７】
図１７において、時刻ｔｄで比較的大きい波が確認されるが、この波は本来外乱となる鉄筋２８による反射波γであり、また時間ｔ＝３００μｓｅｃ前後で、さらに大きい波が確認されるが、この波も本来外乱となるコンクリート底部３０ａからの反射波α１である。  
次に、ステップＵ３で、図１７に示す広帯域受信波ｒｅ２（時系列波）をフーリエ変換して、図１８に示すような広帯域受信波スペクトルｓｐ３を求める（第２の工程）。
【００５８】
次に、ステップＵ４で、図１８に示す広帯域受信波スペクトルｓｐ３から、コンクリート３０のひび割れ２９の計測に最も適した５０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの間に中心周波数ｆ０を有するフィルタＦＩＬ２により所定周波数範囲のスペクトルを抽出し、図１９に示す狭帯域受信波スペクトルｓｐ４を求める（第３の工程）。  
上記フィルタＦＩＬ２は、関数Ｂ（ｆ）（Ｂ（ｆ０）＝１．０）で示すことができ、中心周波数をｆ０とし、所定値をｆａとする時、次のように定義することができる。
【００５９】
ｆ≦ｆ０−ｆａでＢ（ｆ）＝０．０
ｆ＝ｆ０でＢ（ｆ）＝１．０
ｆ≧ｆ０＋ｆａでＢ（ｆ）＝０．０
ｆ０−ｆａ＜ｆ＜ｆ０でＢ（ｆ）は増加関数
ｆ０＜ｆ＜ｆ０＋ｆａでＢ（ｆ）は減少関数
この実施形態では、中心周波数ｆ０＝５２．５ｋＨｚのフィルタＦＩＬ２（図１８参照）を用いたが、この中心周波数ｆ０の数値はこれに限定されるものではなく、５０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの間に中心周波数ｆ０が存在すれば、他のフィルタであってもよい。
【００６０】
次にステップＵ５で、図１９に示す狭帯域受信波スペクトルｓｐ４をフーリエ逆変換して、図２０に示す時系列波ＴＳ２を求める（第４の工程）。  
次にステップＵ６で、図２０に示す時系列波（ＴＳ２）を、同図に示す時系列重み付け関数（いわゆる、重み付けＴＧＣ関数）Ｇ２で切出すと共に、最小＝乗法などによるエンファシス処理を行なって、図２１に示す処理波形ｅｍ２を求める（第５の工程）。図２０と図２１との対比から明らかなように、エンファシス処理された波形は、必要とする特徴部が際立った波形となる。
【００６１】
図２１に示したこの処理波形ｅｍ２は、図１の表示装置４１に可視表示される。そこで、次のステップＵ７で、図２１の処理波形ｅｍ２から回折波βの起生時刻ｔｈを読出す（第６の工程）。
【００６２】
次にステップＵ８で、上記起生時刻ｔｈに基づいて、垂直ひび割れ２９の深さｄｅを演算する（第７の工程）。  
上記ひび割れ２９の深さｄｅは次のようにして演算することができる。
【００６３】
まず、次の［数２］により発信探触子３１からひび割れ２９の先端を経由して受信探触子３２に至る超音波伝播距離Ｄの平均値Ｄ￣（なお、Ｄ￣は数式においてＤの上に“￣”を付された符号を表す。以下同じ。）（図１５（ｃ）参照）を演算する。  
【数２】
0005404218.tif 000016
ここに、ｔｈは回折波βの起生時刻  
νはコンクリート３０内での超音波の速度（つまり音速）  
一例として、起生時刻ｔｈが１７１．４μｓｅｃ、音速νが４００４．３ｍ／ｓｅｃの場合には、平均値Ｄ￣は６８．６ｃｍとなる。
【００６４】
上記［数２］により超音波伝播距離Ｄの平均値Ｄ￣を演算した後、次の［数３］により、ひび割れ２９の深さｄｅを演算する。  
【数３】
0005404218.tif 000017
ここにａ１は一対の探触子３１，３２の中心間距離（図１５（ｃ）参照）  
φは探触子３１，３２の直径  
一例として、中心間距離ａ１が１００ｍｍ、直径φが１５ｍｍ、平均値Ｄ￣が６８．６ｃｍの場合には、ひび割れ２９の深さｄｅは３４．０ｃｍとなり、コンクリート３０の供試体（いわゆるコンクリート版）として用いた版厚＝５００ｍｍ、ひび割れの深さ＝３０．０ｃｍのものに対して、略一致するひび割れの深さｄｅを演算により求めることができた。
【００６５】
このように、図１５〜図２１で示した実施形態２のコンクリート構造物のひび割れ状態計測装置は、超音波を発信する発信探触子３１と、受信する受信探触子３２とを備え、両探触子３１，３２を、コンクリート３０のひび割れ２９を隔てた両側に配置して、コンクリート３０のひび割れ２９の状態を計測するコンクリート構造物のひび割れ状態計測装置であって、ひび割れ２９を隔てた一側のコンクリート３０の表面３０ｂより広帯域超音波（０〜５．０ＭＨｚ）を発信し、ひび割れ２９を隔てた他側のコンクリート３０の表面３０ｂで広帯域超音波を受信し、送受信位置ｐｏｓ１，ｐｏｓ２，ｐｏｓ３をずらして複数回送受信すると共に、受信した広帯域受信波ｒｅ２（図１７参照）（詳しくは、加算平均した広帯域受信波）からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルｓｐ３（図１８参照）を求める第１演算機能（ステップＵ３参照）と、上記広帯域受信波スペクトルｓｐ３からフィルタＦＩＬ２（図１８参照）を用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルｓｐ４（図１９参照）を求める抽出機能（ステップＵ４参照）と、抽出された狭帯域受信波スペクトルｓｐ４をフーリエ逆変換して時系列波ＴＳ２（図２０参照）を求める第２演算機能（ステップＵ５参照）と、上記時系列波ＴＳ２（図２０参照）を時系列重み付け関数Ｇ２で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形ｅｍ２（図２１参照）を求める第３演算機能（ステップＵ６参照）と、上記処理波形ｅｍ２（図２１参照）から回折波βの起生時刻ｔｈを読出す読出し機能（ステップＵ７参照）と、上記起生時刻ｔｈに基づいて、ひび割れ状態（特に、ひび割れ２９の深さｄｅ参照）を演算する第４演算機能（ステップＵ８参照）と、を備えた制御手段（ＣＰＵ４０参照）を設けたものである。
【００６６】
ここで上記広帯域超音波の周波数帯域は０〜５．０ＭＨｚに設定している。また、フィルタＦＩＬ２で抽出する所定周波数範囲は、コンクリート３０のひび割れ２９の計測に最も適した５０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの間に中心周波数を有するように設定している。
【００６７】
この構成によれば、第１演算機能（ステップＵ３）は、受信した広帯域受信波ｒｅ２（詳しくは、加算平均されたもので、図１７参照）からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルｓｐ３（図１８参照）を求め、抽出機能（ステップＵ４）は、広帯域受信波スペクトルｓｐ３からフィルタＦＩＬ２を用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルｓｐ４（図１９参照）を求め、第２演算機能（ステップＵ５）は、抽出された狭帯域受信波スペクトルｓｐ４をフーリエ逆変換して時系列波ＴＳ２（図２０参照）を求め、第３演算機能（ステップＵ６）は、時系列波ＴＳ２（図２０参照）を時系列重み付け関数Ｇ２で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形ｅｍ２（図２１参照）を求め、読出し機能（ステップＵ７）は、処理波形ｅｍ２（図２１参照）から回折波βの起生時刻ｔｈを読出し、第４演算機能（ステップＵ８）は、起生時刻ｔｈに基づいて、ひび割れ２９の状態（ひび割れの深さｄｅ参照）を演算する。
【００６８】
このように、超音波として広帯域波（０〜５．０ＭＨｚ）を用いるので、その成分内には、超音波の指向方向における強度の減衰率が小さい成分（相対的に周波数が低い成分）が存在し、この結果、受信波の強度を充分に確保することができる。
【００６９】
また、フィルタＦＩＬ２を用いて所定周波数範囲（５０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの間に中心周波数ｆ０を有するコンクリートのひび割れ２９計測に最適な範囲）のスペクトルを抽出（狭帯域受信波スペクトルｓｐ４参照）するので、コンクリート３０のひび割れ２９の計測に最も適した周波数範囲を確保することができる。  
さらに、時系列波ＴＳ２（図２０参照）を時系列重み付け関数Ｇ２で切出すので、コンクリート３０中に存在する鉄筋２８からの反射波γなどの外乱を排除することができる。
【００７０】
しかも、エンファシス処理を行なって処理波形ｅｍ２（図２１参照）を求めるので、この処理波形は特徴部分が際立ったものとなり、この結果、回折波βの起生時刻ｔｈの読出しが、正確かつ容易となる。  
これらにより、比較的正確に、ひび割れ状態（特に、ひび割れ２９の深さｄｅ参照）の計測を行なうことができる。
【００７１】
また、図１５〜図２１で示した実施形態２のコンクリート構造物のひび割れ状態計測方法は、超音波を発信する発信探触子３１と、受信する受信探触子３２とを備え、両探触子３１，３２を、コンクリート３０のひび割れ２９を隔てた両側に配置して、コンクリート３０のひび割れ２９の状態を計測するコンクリート構造物のひび割れ状態計測方法であって、ひび割れ２９を隔てた一側のコンクリート３０の表面３０ｂより広帯域超音波を発信し、ひび割れ２９を隔てた他側のコンクリート３０の表面３０ｂで広帯域超音波を受信し、送受信位置ｐｏｓ１，ｐｏｓ２，ｐｏｓ３をずらして複数回送受信する第１の工程（ステップＵ１、Ｕ２参照）と、受信した広帯域受信波ｒｅ２（図１７参照）からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルｓｐ３（図１８参照）を求める第２の工程（ステップＵ３参照）と、上記広帯域受信波スペクトルｓｐ３からフィルタＦＩＬ２を用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルｓｐ４（図１９参照）を求める第３の工程（ステップＵ４参照）と、抽出された狭帯域受信波スペクトルｓｐ４をフーリエ逆変換して時系列波ＴＳ２（図２０参照）を求める第４の工程（ステップＵ５参照）と、上記時系列波ＴＳ２（図２０参照）を時系列重み付け関数Ｇ２で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形ｅｍ２（図２１参照）を求める第５の工程（ステップＵ６参照）と、上記処理波形ｅｍ２（図２１参照）から回折波βの起生時刻ｔｈを読出す第６の工程（ステップＵ７参照）と、上記起生時刻ｔｈに基づいて、ひび割れ状態（ひび割れ２９の深さｄｅ参照）を演算する第７の工程（ステップＵ８参照）と、を備えたものである。
【００７２】
この構成によれば、第１の工程（ステップＵ１，Ｕ２参照）で、ひび割れ２９を隔てた一側のコンクリート表面３０ｂより０〜５．０ＭＨｚの広帯域超音波を発信し、ひび割れ２９を隔てた他側のコンクリート表面３０ｂで広帯域超音波（０〜５．０ＭＨｚの範囲の周波数成分を全て含む超音波）を受信し、送受信位置ｐｏｓ１，ｐｏｓ２，ｐｏｓ３をずらして複数回送受信する。
【００７３】
第２の工程（ステップＵ３参照）で、受信した広帯域受信波ｒｅ２（詳しくは、加算平均されたもので、図１７参照）からフーリエ変換にて広帯域受信波スペクトルｓｐ３（図１８参照）を求め、第３の工程（ステップＵ４参照）で、上記広帯域受信波スペクトルｓｐ３から５０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの間に中心周波数ｆ０をもつフィルタＦＩＬ２を用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出して狭帯域受信波スペクトルｓｐ４（図１９参照）を求める。
【００７４】
第４の工程（ステップＵ５参照）で、抽出された狭帯域受信波スペクトルｓｐ４をフーリエ逆変換して時系列波ＴＳ２（図２０参照）を求め、第５の工程（ステップＵ６参照）で、上記時系列波ＴＳ２（図２０参照）を時系列重み付け関数Ｇ２（いわゆる、重み付けＴＧＣ関数）で切出すと共に、エンファシス処理を行なって処理波形ｅｍ２（図２１参照）を求める。
【００７５】
第６の工程（ステップＵ７参照）で、上記処理波形ｅｍ２（図２１参照）から回折波βの起生時刻ｔｈを読出し、第７の工程（ステップＵ８参照）で、該起生時刻ｔｈに基づいて、ひび割れ状態（ひび割れ２９の深さｄｅ参照）を演算する。
【００７６】
このように、超音波として広帯域波を用いるので、その成分内には、超音波の指向方向における強度の減衰率が小さい成分（相対的に周波数が低い成分）が存在し、この結果、受信波の強度を充分に確保することができる。  
また、フィルタＦＩＬ２を用いて所定周波数範囲のスペクトルを抽出（狭帯域受信波スペクトルｓｐ４参照）するので、コンクリート３０のひび割れ２９の計測に最も適した周波数範囲を確保することができる。
【００７７】
さらに、時系列波ＴＳ２（図２０参照）を時系列重み付け関数Ｇ２（いわゆる、重み付けＴＧＣ関数）で切出すので、コンクリート３０中に存在する鉄筋２８からの反射波γなどの外乱を排除することができる。  
しかも、エンファシス処理を行なって処理波形ｅｍ２（図２１参照）を求めるので、回折波βの起生時刻ｔｈの読出しが、正確かつ容易となる。
【００７８】
これらにより、比較的正確に、ひび割れ状態（ひび割れ２９の深さｄｅ参照）の計測を行なうことができる。特に、実施形態１でひび割れ２９の種別が垂直なものであると判別した後、この実施形態２でその深さｄｅを計測する際に有効となる。
【００７９】
[実施形態３]  
図２２〜図２４はコンクリート構造物のひび割れ状態計測方法およびその装置の実施形態３を示すが、この実施形態３においても、図１〜図５で示した回路装置を用いる。
【００８０】
図２２に示すように、コンクリート３０のひび割れ２９を隔てた一方側に発信探触子３１を配置し、ひび割れ２９を隔てた他方側の受信探触子３２の位置をＮｏ．１〜Ｎｏ．５へと順次移動させて、ひび割れ２９からの回折波の伝播時間を実測し、ポジションｐｏｓ１，ｐｏｓ２，ｐｏｓ３でそれぞれ実測した伝播時間の値を加算平均し、探触子３１，３２と回折波の伝播時間（加算平均値）から、最小二乗法により、ひび割れ２９の先端位置を求めるものである。
【００８１】
図２２で示した各探触子３１，３２の配置に代えて、図２３に示すように、コンクリート３０のひび割れ２９を隔てた一方側に受信探触子３２を配置し、ひび割れ２９を隔てた他方側の発信探触子３１の位置をＮｏ．１〜Ｎｏ．５へと順次移動させて、上述同様の処理を行なってもよい。
【００８２】
この場合、図１で示した制御手段としての、ＣＰＵ４０は、コンクリート３０の表面３０ｂの水平方向をｙ軸とし、コンクリート３０の深さ方向をｘ軸とした時、ひび割れ２９先端の座標（ｘ，ｙ）および超音波の音速ν（詳しくは、コンクリート中における超音波の音速）のパラメータ
0005404218.tif 000018
を設定する設定機能（図２４のステップＪ１参照）と、設定したパラメータｐで発信探触子３１から受信探触子３２への超音波の伝播時間を計算する計算機能（ステップＪ２参照）と、上記計算機能（ステップＪ２）で計算された計算値と実測値との残差Δｄを演算する残差演算機能（ステップＪ３参照）と、上記残差Δｄが許容値以内か否かを判定する収束判定機能（ステップＪ４参照）と、上記収束判定機能（ステップＪ４）で残差Δｄが許容値以内であると判定された時、最終のパラメータｐを求めるパラメータ決定機能（ステップＪ５参照）と、上記収束判定機能（ステップＪ４）で残差Δｄが許容値以上であると判定された時、パラメータｐを修正する修正機能（各ステップＪ６、Ｊ７、Ｊ８から成るルーチンＲ１参照）と、を兼ねる。
【００８３】
つぎに、図２４に示す工程図（フローチャート）を参照して、ひび割れ状態計測方法について詳述する。
【００８４】
測定（この測定については、先の実施形態２を応用する）によりＮ個のデータｄ（詳しくはデータの組）が得られたとする。一方、Ｍ個のパラメータｐ（詳しくはパラメータの組）で記述されるモデルがあり、データｄは該モデルの応答で近似できるものとする。このとき、両者ｄ，ｐの関係は形式的に、次の［数４］で表される。  
【数４】
0005404218.tif 000019
上記［数４］においてＦは関数であり、この関数Ｆはパラメータｐに関して非線形であるから、上記［数４］から直接、パラメータｐを求めることはできない。このため、後述する非線形最小二乗法を適用するものである。  
そこで、上記［数４］を線形化するために、まずステップＪ１でパラメータｐの初期値ｐ（０）を設定する。
【００８５】
この実施形態３のパラメータｐは、ひび割れ２９の先端の座標（ｘ，ｙ）、コンクリート３０内での超音波の音速νである。したがって、パラメータｐは次の［数５］で示すことができる。  
【数５】
0005404218.tif 000020
【００８６】
次に、ステップＪ２で、設定したパラメータｐでの伝播時間を計算する。
すなわち、ｉ番目の観測データにおける送信点（発信探触子３１参照）の座標を（ｘ１，ｉ，ｙ１，ｉ）とし、受信点（受信探触子３２参照）の座標を（ｘ２，ｉ，ｙ２，ｉ）とすると、伝播時間Ｆｉ（いわゆる到達時間）は次の［数６］で示すことができる。
【００８７】
【数６】
0005404218.tif 000021
【００８８】
次に、ステップＪ３で、上記計算機能（ステップＪ２参照）で計算された計算値と、実測値との残差Δｄ（図２２（ｂ）、図２３（ｂ）参照）を演算する。この場合、図２４で示す各ステップＪ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ６、Ｊ７、Ｊ８の処理による反復ｋ回目のモデルをｐ（ｋ）で表し、Ｆ（ｐ）をその周りでテイラー展開すると、次の［数７］を得ることができる。
【００８９】
【数７】
0005404218.tif 000022
ここで、Ａは偏微分係数からなるヤコビアン行列で、その成分Ａｉｊは次の［数８］で示すことができる。  
また、Δｐは後述するパラメータの修正量である。
【００９０】
【数８】
0005404218.tif 000023
但し、ｉ＝１〜Ｎ、ｊ＝１〜Ｍ  
なお、上記成分ＡｉｊはパラメータＰｊが応答Ｆｉ（ｐ）にどの程度貢献しているかを示す。
【００９１】
上記［数４］および［数７］から次に［数９］で示す線形方程式を得ることができる。  
【数９】
0005404218.tif 000024
【００９２】
上述のステップＪ３では、上記［数９］により計算値と実測値の残差Δｄ（詳しくは、データとモデル応答値の残差のことで、図２２、図２３参照）を計算するものである。  
なお、上記線形方程式は、特異値分解法、修正グラムシュミット法、ハウスホルダ法（ヤコビアン行列の計算方法）などにより解くことができるが、この実施形態３では、ハウスホルダ法を採用している。
【００９３】
次にステップＪ４で、残差Δｄが許容値以内か否かを判定し、残差Δｄが許容値以内の場合（ＹＥＳ判定時）には、次のステップＪ５に移行し、残差Δｄが許容値以上の場合（ＮＯ判定時）には、別のステップＪ６を含むルーチンＲ１に移行するが、この実施形態３では、次に［数１０］、［数１１］、［数１２］で示す反復計算の打切り条件の何れか１つが成立すると、ステップＪ５に移行するものである。  
【数１０】
0005404218.tif 000025
【数１１】
0005404218.tif 000026
【数１２】
0005404218.tif 000027
【００９４】
上述のステップＪ４でＮＯ判定されると、ルーチンＲ１に移行して、パラメータｐを修正するが、まず、ステップＪ６で、ヤコビアン行列Ａの計算を行なう。
【００９５】
上記［数８］および［数６］よりＦｉ（ｐ）の偏微分係数は、次の［数１３］で示され、これによりヤコビアン行列Ａの計算を行なうことができる。  
【００９６】
【数１３】
0005404218.tif 000028
【００９７】
次にステップＪ７で、ハウスホルダ法によるパラメータ修正量Δｐを計算し、次のステップＪ８で、パラメータｐの修正を実行する。このようにして、パラメータｐが修正されると、この内容はステップＪ２，Ｊ３での処理に反映される。  
一方、上述のステップＪ４でＹＥＳ判定されると、ステップＪ５に移行して、このステップＪ５で最終のパラメータｐが決定される。
【００９８】
【数１４】
0005404218.tif 000029
上記［数１４］の残差＝乗和Ｓが充分小さくなるように最終のパラメータｐが決定されるので、ひび割れ２９の先端の座標（ｘ，ｙ）から、ひび割れ２９の先端の位置を適確に求めることができると共に、コンクリート３０の表面３０ｂにおけるひび割れ２９上端の位置が既知であることから、該ひび割れ２９の傾斜角度をも求めることができる。
【００９９】
なお、ひび割れ２９の先端座標（ｘ，ｙ）の初期値は、解析対象領域内にあれば、反復計算により最小＝乗解に自動的に誘導されるため、この実施形態では便宜的に解析対象領域の中央、あるいは探触子座標の平均位置としている。解析対象領域（ひび割れ２９の存在範囲）を手動設定した場合、解析対象領域の中央が初期値となり、自動設定した場合、探触子座標の平均位置が初期値となる。
【０１００】
また、コンクリート内３０での超音波の伝播速度ν（いわゆる音速）は、予め分かっている場合には既知数として、ひび割れ２９の先端座標（ｘ，ｙ）のみを逆解析パラメータとすることもできる。
【０１０１】
さらに、求解の安定化にはマルカート法を用いており、パラメータｐの値を大きくすると安定した解が得られるが、多くの反復回数を要し、逆に、パラメータｐの値を小さくすると収束が早まる反面、パラメータ修正量Δｐが発散する危険性が高まる。通常の解析スケール、伝播速度においては、概ね１程度に設定すれば、特に問題はない。  
さらに、反復計算の打切り条件は、上述の［数１０］、［数１１］、［数１２］の何れか１つが成立すれば、反復を打切るとよい。
【０１０２】
このように、図２２〜図２４で示した実施態様３においては、制御手段としての、ＣＰＵ４０（図１参照）は、コンクリート３０の表面３０ｂの水平方向をｙ軸とし、コンクリートの深さ方向をｘ軸とした時、ひび割れ２９先端の座標（ｘ，ｙ）および超音波の音速νのパラメータ
0005404218.tif 000030
を設定する設定機能（ステップＪ１参照）と、
設定したパラメータｐで発信探触子３１から受信探触子３２への超音波の伝播時間Ｆｉを計算する計算機能（ステップＪ２参照）と、上記計算機能で計算された計算値と実測値との残差Δｄを演算する残差演算機能（ステップＪ３参照）と、上記残差Δｄが許容値以内か否かを判定する収束判定機能（ステップＪ４参照）と、上記収束判定機能で残差Δｄが許容値以内であえると判定された時、最終のパラメータｐを求めるパラメータ決定機能（ステップＪ５参照）とを備えたものである。
【０１０３】
上記構成によれば、制御手段としてのＣＰＵ４０の設定機能（ステップＪ１）は、ひび割れ２９の先端の座標（ｘ，ｙ）および超音波の音速ν（但し、コンクリート３０内での音速を意味する）のパラメータ
0005404218.tif 000031
を設定し、計算機能（ステップＪ２）は、設定したパラメータｐで発信探触子３１から受信探触子３２への超音波の伝播時間Ｆｉを計算し、残差演算機能（ステップＪ３）は、上記計算機能（ステップＪ２）で計算された計算値と実測値との残差Δｄを演算し、収束判定機能（ステップＪ４）は、残差Δｄが許容値以内か否かを判定し、パラメータ決定機能（ステップＪ５）は、上記収束判定機能（ステップＪ４）で残差Δｄが許容値以内であると判定された時には、最終のパラメータｐを求める。
【０１０４】
このため、ひび割れ２９の傾斜の有無の如何にかかわらず、その先端位置を座標（ｘ，ｙ）データとして特定することができ、ひび割れ２９の深さ、ひび割れ２９の傾斜角度を計測することができる。  
また、上記収束判定機能（ステップＪ４参照）で残差Δｄが許容値以上の時、パラメータｐを修正（パラメータ修正量Δｐ参照）する修正機能（ルーチンＲ１参照）を備えたものである。
【０１０５】
上記構成によれば、残差Δｄが許容値より大きい時、パラメータｐを修正するので、残差Δｄが小さくなる方向への修正ができ、ひび割れ２９の先端位置をより一層正確に特定することができる。
【０１０６】
この発明の構成と、上述の実施例との対応において、  
この発明の制御手段は、実施例のＣＰＵ４０に対応し、
以下同様に、
第１演算機能はＣＰＵ４０制御によるステップＵ３に対応し、
抽出機能は、ステップＵ４に対応し、
第２演算機能は、ステップＵ５に対応し、
第３演算機能は、ステップＵ６に対応し、
読出し機能は、ステップＵ７に対応し、
第４演算機能は、ステップＵ８に対応し、
第１の工程は、ステップＵ１，Ｕ２に対応し、
第２の工程は、ステップＵ３に対応し、
第３の工程は、ステップＵ４に対応し、
第４の工程は、ステップＵ５に対応し、
第５の工程は、ステップＵ６に対応し、
第６の工程は、ステップＵ７に対応し、
第７の工程は、ステップＵ８に対応し、
設定機能は、ステップＪ１に対応し、
計算機能は、ステップＪ２に対応し、
残差演算機能は、ステップＪ３に対応し、
収束判定機能は、ステップＪ４に対応し、
パラメータ決定機能は、ステップＪ５に対応し、
修正機能は、ルーチンＲ１に対応するも、  
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。  
例えば、図２２、図２３においては探触子３２または３１を位置Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５へ順次移動させると共に、ポジションｐｏｓ１〜ｐｏｓ３に移動させたが、これは位置Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２まででもよく、またはＮｏ．１〜Ｎｏ．５よりもさらに多い位置を設定してもよく、ポジションｐｏｓ１〜ｐｏｓ３についても同様であって、送受信回数や探触子の移動位置については上記実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１０７】
２９…ひび割れ
３０…コンクリート
３１…発信探触子
３２…受信探触子
４０…ＣＰＵ（制御手段）
Ｕ１，Ｕ２…第１の工程
Ｕ３…第２の工程（第１演算機能）
Ｕ４…第３の工程（抽出機能）
Ｕ５…第４の工程（第２演算機能）
Ｕ６…第５の工程（第３演算機能）
Ｕ７…第６の工程（読出し機能）
Ｕ８…第７の工程（第４演算機能）
Ｊ１…設定機能
Ｊ２…計算機能
Ｊ３…残差演算機能
Ｊ４…収束判定機能
Ｊ５…パラメータ決定機能
Ｒ１…修正機能
【図１】
0005404218.tif 000044
【図２】
0005404218.tif 000045
【図３】
0005404218.tif 000046
【図４】
0005404218.tif 000047
【図５】
0005404218.tif 000048
【図６】
0005404218.tif 000049
【図７】
0005404218.tif 000050
【図８】
0005404218.tif 000051
【図９】
0005404218.tif 000052
【図１０】
0005404218.tif 000053
【図１１】
0005404218.tif 000054
【図１２】
0005404218.tif 000055
【図１３】
0005404218.tif 000056
【図１４】
0005404218.tif 000057
【図１５】
0005404218.tif 000058
【図１６】
0005404218.tif 000059
【図１７】
0005404218.tif 000060
【図１８】
0005404218.tif 000061
【図１９】
0005404218.tif 000062
【図２０】
0005404218.tif 000063
【図２１】
0005404218.tif 000064
【図２２】
0005404218.tif 000065
【図２３】
0005404218.tif 000066
【図２４】
0005404218.tif 000067