(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートに超音波を送信する送信手段と、
該送信手段から送信されて上記コンクリート内を伝搬した超音波を受信する受信手段と、
該受信手段が受信した超音波に基づいて当該超音波がコンクリート内を伝搬するのに要した伝搬時間を計測する計測手段と、
該計測手段で計測された伝播時間と上記送信手段および受信手段の位置とに基づいて上記コンクリート内の音速分布を求める第１の信号処理手段と、
該第１の処理手段で得られた音速分布に基づいて上記コンクリートの圧縮強度分布を推定する第２の信号処理手段と
を備え、
上記第１の信号処理手段は、音速分布を求める範囲をより小さな領域に分割し、その領域における未知の音速は一定であると仮定し、各領域の音速の逆数とその領域を通過する超音波走行距離の積の走行経路にわたる総和が超音波伝搬時間となるよう行列方程式を導出し、上記送信手段および受信手段の位置と音速分布を求める範囲の大きさと分割のしかたを予め設定することで、上記行列方程式の係数行列を決定して行列方程式を解くことを特徴とするコンクリート圧縮強度測定装置。
【請求項２】
上記送信手段は、上記コンクリートの一側に取り付けられた第１の探触子と、該第１の探触子を駆動するための駆動信号を発生する信号発生器とからなり、上記受信手段は上記コンクリートの他側に上記第１の探触子と対向して取り付けられた第２の探触子からなることを特徴とする請求項１記載のコンクリート圧縮強度測定装置。
【請求項３】
上記第１および第２の探触子は、上記コンクリートを伝搬する超音波の縦波音速を粗骨材平均直径で除した値の１／２を中心周波数とし、超音波伝搬時間測定における時間分解能の逆数を周波数帯域の上限とする広帯域なものであることを特徴とする請求項２記載のコンクリート圧縮強度測定装置。
【請求項４】
上記信号発生器は、測定対象となる上記コンクリートの厚みから減衰率を想定し、受信信号強度が外来雑音強度および装置が発生する雑音強度よりも大きくなるような周波数の駆動信号を発生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圧縮強度測定装置。
【請求項５】
上記信号発生器の駆動信号の発生は、超音波の送出完了から次に超音波の送出を開始するまでの時間が、先に上記コンクリート内に送出された超音波が十分減衰するまでの時間となるように設定されていることを特徴とする請求項４記載のコンクリート圧縮強度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コンクリートの圧縮強度を測定するコンクリート圧縮強度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、例えば特開平３−１３８５９号公報に示された従来の超音波を用いたコンクリート圧縮強度測定装置を示す構成図である。
図において、１は被試験体となるコンクリートであり、その厚みをＤとする。２は送信器としての探触子、３は受信器としての探触子、４、５は接触媒質、６はオシロスコープ、７は制御装置、８は出力装置である。
【０００３】
次に、動作について説明する。
コンクリート１の両側に、適当な接触媒質４、５を介して探触子２、３を対向する位置に配置する。接触媒質４、５はコンクリート１と探触子２、３間における超音波の伝達効率を向上させるためのものである。この構成において、図３には示されていないが、適当な電気的駆動手段を用いて、探触子２にパルス状の超音波を発生させる。探触子２によって発生した超音波は、コンクリート１を伝搬して探触子３に到達し、電気信号に変換される。
【０００４】
図４は、オシロスコープ６に表示されるイメージを示す図である。
図において、９は探触子２の駆動電気信号波形であり、１０は探触子３が出力する受信電気信号波形であり、図４の縦軸は信号強度、横軸は時間を表す。図４から、超音波がコンクリート１を伝搬するのに要した時間を測定することができるので、厚みＤを前述の時間で除算すると、超音波がコンクリート１を伝搬する速度（音速）を求めることができる。
【０００５】
次に、先に求めた音速からコンクリート１の強度を推定する。例えば特開平３−１３８５９号公報では、縦波音速だけでなく、横波音速、縦波受信周波数、および横波受信周波数もそれぞれ求めて、コンクリート強度の推定精度を向上させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のコンクリート圧縮強度測定装置は、以上のように構成されており、音速の測定誤差がそのままコンクリート圧縮強度の推定誤差となるので、音速測定誤差を軽減するために信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を大きくする必要がある。Ｓ／Ｎ比を大きくするためには、コンクリートに含まれる粗骨材平均粒径を考慮して超音波の周波数を最適に選ぶ必要があるが、このような機能を有していなかった。
【０００７】
また、従来のコンクリート圧縮強度測定装置では、探触子（送信器）と探触子（受信器）を結ぶほぼ直線領域の平均的な圧縮強度推定値しか得らないため、圧縮強度低下部の大きさ、奥行き等の補修工事に必要とされる情報が得られない問題点があった。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コンクリート圧縮強度推定精度を決定する音速測定誤差を許容範囲内にできるＳ／Ｎ比を確保しながら、コンクリート内部の圧縮強度分布を推定できるコンクリート圧縮強度測定装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るコンクリート圧縮強度測定装置は、コンクリートに超音波を送信する送信手段と、該送信手段から送信されて上記コンクリート内を伝搬した超音波を受信する受信手段と、該受信手段が受信した超音波に基づいて当該超音波がコンクリート内を伝搬するのに要した伝搬時間を計測する計測手段と、該計測手段で計測された伝播時間と上記送信手段および受信手段の位置とに基づいて上記コンクリート内の音速分布を求める第１の信号処理手段と、該第１の処理手段で得られた音速分布に基づいて上記コンクリートの圧縮強度分布を推定する第２の信号処理手段とを備え、上記第１の信号処理手段は、音速分布を求める範囲をより小さな領域に分割し、その領域における未知の音速は一定であると仮定し、各領域の音速の逆数とその領域を通過する超音波走行距離の積の走行経路にわたる総和が超音波伝搬時間となるよう行列方程式を導出し、上記送信手段および受信手段の位置と音速分布を求める範囲の大きさと分割のしかたを予め設定することで、上記行列方程式の係数行列を決定して行列方程式を解くものである。
【００１０】
また、この発明に係るコンクリート圧縮強度測定装置は、上記送信手段は、上記コンクリートの一側に取り付けられた第１の探触子と、該第１の探触子を駆動するための駆動信号を発生する信号発生器とからなり、上記受信手段は上記コンクリートの他側に上記第１の探触子と対向して取り付けられた第２の探触子からなるものである。
【００１１】
また、この発明に係るコンクリート圧縮強度測定装置は、上記第１および第２の探触子は、上記コンクリートを伝搬する超音波の縦波音速を粗骨材平均直径で除した値の１／２を中心周波数とし、超音波伝搬時間測定における時間分解能の逆数を周波数帯域の上限とする広帯域なものである。
【００１２】
また、この発明に係るコンクリート圧縮強度測定装置は、上記信号発生器は、測定対象となる上記コンクリートの厚みから減衰率を想定し、受信信号強度が外来雑音強度および装置が発生する雑音強度よりも大きくなるような周波数の駆動信号を発生するものである。
【００１３】
また、この発明に係るコンクリート圧縮強度測定装置は、上記信号発生器の駆動信号の発生は、超音波の送出完了から次に超音波の送出を開始するまでの時間が、先に上記コンクリート内に送出された超音波が十分減衰するまでの時間となるように設定されているものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるコンクリート圧縮強度測定装置を示す構成図である。
図において、１は被試験体となるコンクリート、２は第１の探触子、３は受信手段としての第２の探触子、４、５はコンクリート１と探触子２、３間における超音波の伝達効率を向上させるための接触媒質、１１は探触子２を駆動するための駆動信号を発生する信号発生器、１２は探触子３の出力と信号発生器１１の出力から超音波伝搬時間を演算し、得られた超音波伝搬時間と探触子２、３の位置から音速分布を演算し圧縮強度分布を推定する演算器、１３は演算器１２の出力を表示する表示器である。
【００１６】
探触子２はコンクリート１の一側に接触媒質４を介して取り付けられ、探触子３はコンクリート１の他側に接触媒質４を介し且つ探触子２と対向して取り付けられる。また、探触子２と信号発生器１１とは、コンクリート１に超音波を送信する送信手段を構成する。
また、ここでは、図示していないけれも、演算器１２は、探触子３が受信した超音波にからこの超音波がコンクリート１内を伝搬するのに要した伝搬時間を計測する計測手段と、この計測手段で計測された伝播時間と探触子２および３の位置からコンクリート１内の音速分布を求める第１の信号処理手段と、この第１の処理手段で得られた音速分布からコンクリート１の圧縮強度分布を推定する第２の信号処理手段とを含む。
【００１７】
次に、動作について説明する。
探触子２、３はコンクリートを伝搬する超音波の縦波音速を粗骨材平均直径で除した値の１／２を中心周波数の上限とし、超音波伝搬時間測定における時間分解能の逆数を周波数帯域の上限とする広帯域なものを使用する。信号発生器１１はコンクリート１の厚みＤから減衰率を想定し、受信信号強度が外来雑音強度および装置が発生する雑音強度よりも大きくなるような周波数の駆動信号を発生する。なお、この駆動信号の発生は、超音波の送出完了から次に超音波の送出を開始するまでの時間が、先にコンクリート１内に送出された超音波が十分減衰するまでの時間となるように設定されている。
【００１８】
上記のように信号発生器１１が出力する駆動信号の周波数帯域を設定することで、所望のＳ／Ｎ比を得ることができ、次に述べる超音波伝搬時間の測定誤差を軽減できる。
【００１９】
超音波が送出された時刻と受信された時刻との差から、超音波がコンクリート１を伝搬するのに要した伝搬時間を測定することができる。この伝搬時間を用いて、コンクリート内部の音速分布を求める。
図２は音速を求める範囲を示す図である。図２に示すように、音速を求める範囲を分割し、分割された各領域では音速は一定とする。図２に示すように、探触子２、３を配置し、超音波は破線のように直進するものとする。分割された各領域の音速の逆数を各々χ1，χ2，〜，χ9とすると、伝搬時間ｔは、次式で表される。
【００２０】
ｔ＝α2χ2＋α4χ4＋α5χ5＋α7χ7                    （１）
【００２１】
ただし、上記（１）式において、α2，α4，α5，α7は破線が各々の領域を横切る長さであり、音速を求める領域の大きさ、分割数、および、探触子２、３の位置によって決まる既知の値となる。音速測定の精度を高めるため、探触子２、３の位置を変更しながら多点計測を実施する。ｐ回の多点計測を実施し、分割された領域数がｑ個のとき上記式（１）は、ｐ行ｑ列の係数行列Ａ、伝搬時間測定結果からなるｐ行の列ベクトルｔ、分割された各領域の音速の逆数からなる列ベクトルχを用いて、下記の式（２）に示す連立１次方程式の形に書き改めることができ、この式を解くことで、各領域の音速を求めることができる。
【００２２】
ｔ＝Ａχ                                                （２）
【００２３】
係数行列Ａは、音速を求める領域の大きさ、分割数、および探触子２、３の位置によって決まる既知の値となるので、Ａおよびその逆行列Ａ-1を測定毎に演算する必要はなく、演算処理時間を省くことができる。
【００２４】
最後に、上記で求めた各領域の音速ｖj（ただし、ｊ＝１〜９）から、各領域の圧縮強度ｆjを推定する。本実施の形態では、下記の式（３）に示す建築学会の推定式を採用し、最終的に求めたいコンクリート内部の圧縮強度分布を得る。
【００２５】
ｆ＝２１４ｖ−６２０                                    （３）
【００２６】
演算器１２は、超音波が送出された時刻と受信された時刻との差から超音波がコンクリートを伝搬するのに要した伝搬時間ｔを計測し（計測手段）、予め設定されている音速を求める領域の大きさ、分割数、および、探触子２、３の位置から、上記の各領域の音速を演算し（第１の信号処理手段）、ついで、各領域の圧縮強度を推定するよう動作する（第２の信号処理手段）。表示器１３は、演算器１２の出力を表示するものである。
【００２７】
上記のように、本実施の形態では、コンクリート内部の圧縮強度分布を推定・表示することで、強度低下部の広がり、奥行きがわかるので、補修工事における補修方法および補修にかかる工期・費用などを見積もるのに有益な測定結果とすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、コンクリートに超音波を送信する送信手段と、該送信手段から送信されて上記コンクリート内を伝搬した超音波を受信する受信手段と、該受信手段が受信した超音波に基づいて当該超音波がコンクリート内を伝搬するのに要した伝搬時間を計測する計測手段と、該計測手段で計測された伝播時間と上記送信手段および受信手段の位置とに基づいて上記コンクリート内の音速分布を求める第１の信号処理手段と、該第１の処理手段で得られた音速分布に基づいて上記コンクリートの圧縮強度分布を推定する第２の信号処理手段とを備え、上記第１の信号処理手段は、音速分布を求める範囲をより小さな領域に分割し、その領域における未知の音速は一定であると仮定し、各領域の音速の逆数とその領域を通過する超音波走行距離の積の走行経路にわたる総和が超音波伝搬時間となるよう行列方程式を導出し、上記送信手段および受信手段の位置と音速分布を求める範囲の大きさと分割のしかたを予め設定することで、上記行列方程式の係数行列を決定して行列方程式を解くので、補修工事における補修方法および補修にかかる工期・費用などを見積もるのに有益な測定結果が得られ、さらに係数行列およびその逆行列を測定毎に演算する必要はなく、演算処理時間を省くことができるという効果がある。
【００２９】
また、この発明によれば、上記送信手段は、上記コンクリートの一側に取り付けられた第１の探触子と、該第１の探触子を駆動するための駆動信号を発生する信号発生器とからなり、上記受信手段は上記コンクリートの他側に上記第１の探触子と対向して取り付けられた第２の探触子からなるので、補修工事における補修方法および補修にかかる工期・費用などを見積もるのに有益な測定結果を得るのに寄与できるという効果がある。
【００３０】
また、この発明によれば、上記第１および第２の探触子は、上記コンクリートを伝搬する超音波の縦波音速を粗骨材平均直径で除した値の１／２を中心周波数とし、超音波伝搬時間測定における時間分解能の逆数を周波数帯域の上限とする広帯域なものであるので、超音波伝搬時間の測定誤差を軽減できるという効果がある。
【００３１】
また、この発明によれば、上記信号発生器は、測定対象となる上記コンクリートの厚みから減衰率を想定し、受信信号強度が外来雑音強度および装置が発生する雑音強度よりも大きくなるような周波数の駆動信号を発生するので、超音波伝搬時間の測定誤差を軽減できるという効果がある。
【００３２】
また、この発明によれば、上記信号発生器の駆動信号の発生は、超音波の送出完了から次に超音波の送出を開始するまでの時間が、先に上記コンクリート内に送出された超音波が十分減衰するまでの時間となるように設定されているので、超音波伝搬時間の測定誤差の軽減に寄与できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるコンクリート圧縮強度測定装置を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１のコンクリート圧縮強度測定装置における音速分布を求める範囲を示す図である。
【図３】  従来のコンクリート圧縮強度測定装置を示す構成図である。
【図４】  従来のコンクリート圧縮強度測定装置における送信信号および受信信号波形を示す図である。
【符号の説明】
１  コンクリート、２，３  探触子、１１  信号発生器、１２  演算器、１３表示器。
【図１】
0003659578.tif 000002
【図２】
0003659578.tif 000003
【図３】
0003659578.tif 000004
【図４】
0003659578.tif 000005