(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材の破壊状況を非破壊状態で診断するための構造部材の非破壊診断方法であって、
前記構造部材に電磁波の伝送が可能な伝送路を該伝送路の一端が外部に出るように予め埋設し、
前記伝送路の一端に入射波としての電磁波を入射し、
前記伝送路の一端の観測点において、前記入射波と、前記入射波が前記構造部材の破壊点で反射された反射波と、を時間領域及び周波数領域で測定し、
時間領域で測定された前記入射波の波形と前記反射波の波形とに基づいて前記入射波と前記反射波との時間差を検出し、
検出された前記時間差と、前記観測点から破壊点までを伝搬する電磁波の位相速度と、に基づいて前記観測点から前記破壊点までの伝送路の長さを演算し、
周波数領域で測定された入射波と反射波、及び観測点から破壊点までの前記伝送路の長さに基づいて前記破壊点の物質の複素誘電率の誘電スペクトルを演算し、
演算された前記複素誘電率の誘電スペクトルと、既知の物質の複素誘電率の誘電スペクトルとの比較に基づいて、破壊点の物質の破壊状況を診断する
ことを特徴とする構造部材の非破壊診断方法。
【請求項２】
構造部材の破壊状況を非破壊状態で診断するための構造部材の非破壊診断方法であって、
前記構造部材に電磁波の伝送が可能な伝送路を該伝送路の一端が外部に出るように予め埋設し、
前記構造部材の表面近傍の複素誘電率を測定するセンサーを予め埋設し、
破壊により複数の層に区切られた前記構造部材における第１層の複素誘電率を前記センサーを用いて測定し、
前記伝送路の一端に入射波としての電磁波を入射し、
前記伝送路の一端の観測点において、前記入射波と、前記入射波が前記複数の層の境界で反射された各々の反射波と、を時間領域及び周波数領域で測定し、
時間領域で測定された前記入射波の波形と前記反射波の波形とに基づいて、電磁波が前記複数の層の境界間で往復するに要する往復時間を各々測定し、
周波数領域で測定された反射波に基づいて、前記構造部材における第２層以降の層の複素誘電率を演算し、
各々の層において求められた複素誘電率及び往復時間に基づいて、各層の厚さを演算する
ことを特徴とする構造部材の非破壊診断方法。
【請求項３】
構造部材の破壊状況を非破壊状態で診断するための構造部材の非破壊診断方法であって、
前記構造部材に電磁波の伝送が可能な伝送路を該伝送路の一端が外部に出るように予め埋設し、
前記構造部材の表面近傍の複素誘電率を測定するセンサーを予め埋設し、
破壊により複数の層に区切られた前記構造部材における第１層の複素誘電率の誘電スペクトルを前記センサーを用いて測定し、
前記伝送路の一端に入射波としての電磁波を入射し、
前記伝送路の一端の観測点において、前記入射波と、前記入射波が前記複数の層の境界で反射された各々の反射波と、を時間領域及び周波数領域で測定し、
時間領域で測定された前記入射波の波形と前記反射波の波形とに基づいて、電磁波が前記複数の層の境界間で往復するに要する往復時間を各々測定し、
周波数領域で測定された反射波に基づいて、前記構造部材における第２層以降の層の複素誘電率の誘電スペクトルを演算し、
各々の層において求められた複素誘電率及び往復時間に基づいて、各層の厚さを演算し、
各々の層において求められた複素誘電率の誘電スペクトルと、既知の物質の複素誘電率の誘電スペクトルとの比較に基づいて、各層における物質の破壊状況を診断する
ことを特徴とする構造部材の非破壊診断方法。
【請求項４】
前記伝送路は、互いに略平行になるように保持された２本のケーブルで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の構造部材の非破壊診断方法。
【請求項５】
立ち上がりの早いステップ状の電磁波を前記入射波として前記伝送路に入射することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の構造部材の非破壊診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＣ（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｃｏｎｃｒｅｔｅ  ）杭等の構造部材における破壊状況を、電磁波を用いて測定する構造部材の非破壊診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造体等の非破壊での診断方法として、従来では、以下に掲げる技術などがあった。
【０００３】
▲１▼  電磁波法
レーダーの原理を応用したもので、コンクリート内部に電磁波を放射し、電気的性質の異なる境界面での反射波を検出し、検出された反射波の到達時間や波形、エネルギー等に基づいて、破壊状況が反映されたコンクリートの厚さ、空洞の有無等の内部欠陥、鉄筋の位置等を検出しようというものである。
【０００４】
▲２▼  弾性波法
超音波等の弾性波をコンクリート内に放射して、密度の異なる境界面での反射波を検出し、検出された反射波の到達時間や波形、エネルギー等に基づいてコンクリートの厚さ、空洞の有無、亀裂、剥離等の欠陥を検出しようというものである。
【０００５】
▲３▼  共振方法及び機械的打撃方法
コンクリート構造体に縦振動、たわみ振動、及びねじり振動、又は機械的打撃を与え、その共振特性等を検出して破壊状況を診断しようというものである。
【０００６】
▲４▼  その他の方法
ラジオグラフィー、透過方法等のγ線、χ線等を利用する方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のどの診断方法においても、コンクリート構造体に印加される電磁波や振動はコンクリート内部でエネルギーが急激に減衰し、このため数１０ｃｍ〜数ｍの短い距離の探知しかできない、という問題が生じる。さらに杭のような構造部材を診断する場合、内部の鉄筋によって散乱反射波が現れて正確な測定が困難となる。
【０００８】
本発明は上記事実を考慮し、電磁波を構造部材に入射し、その反射波の複素誘電率の周波数スペクトルを検出することによって、構造体内部の破壊点の位置及び破壊状況を正確かつ広範囲に診断できる構造部材の非破壊診断方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、構造部材の破壊状況を非破壊状態で診断するための構造部材の非破壊診断方法において、前記構造部材に電磁波の伝送が可能な伝送路を該伝送路の一端が外部に出るように予め埋設し、前記伝送路の一端に入射波としての電磁波を入射し、前記伝送路の一端の観測点において、前記入射波と、前記入射波が前記構造部材の破壊点で反射された反射波と、を時間領域及び周波数領域で測定し、時間領域で測定された前記入射波の波形と前記反射波の波形とに基づいて前記入射波と前記反射波との時間差を検出し、検出された前記時間差と、前記観測点から破壊点までを伝搬する電磁波の位相速度と、に基づいて前記観測点から前記破壊点までの伝送路の長さを演算し、周波数領域で測定された入射波と反射波、及び観測点から破壊点までの前記伝送路の長さに基づいて前記破壊点の物質の複素誘電率の誘電スペクトルを演算し、演算された前記複素誘電率の誘電スペクトルと、既知の物質の複素誘電率の誘電スペクトルとの比較に基づいて、破壊点の物質の破壊状況を診断することを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明では、伝送路の一端に入射波が入射されると、入射波は伝送路に沿って伝搬していく。伝送路の途中で構造部材の物質が破壊された破壊点が存在すると、破壊点において誘電率が急激に変化するため、入射波の一部は破壊点で反射されて再び観測点に至る。ここで、観測点において入射波と反射波を時間領域及び周波数領域で測定する。この測定により、入射波と反射波の強度の時間的変化の波形及び周波数スペクトルを得る。次に、時間領域で測定された入射波の波形と反射波の波形とに基づいて入射波と反射波との時間差を検出する。検出された時間差と、観測点から破壊点までを伝搬する電磁波の位相速度と、に基づいて観測点から破壊点までの伝送路の長さを演算する。ここで、観測点から破壊点までを伝搬する電磁波の位相速度は、破壊点まで存在すると予想される物質の誘電率から求められる。次に、周波数領域で測定された入射波と反射波、及び観測点から破壊点までの伝送路の長さに基づいて破壊点の物質の複素誘電率の誘電スペクトルを演算する。そして、演算された誘電スペクトルと、既知の物質の複素誘電率の誘電スペクトルとの比較に基づいて、破壊点の物質の破壊状況を診断する。例えば、演算された複素誘電率の周波数スペクトルが、ある物質の複素誘電率の周波数スペクトルに最も近い場合、当該物質が破壊点を構成する物質と診断する。
【００１１】
このように予め埋設された伝送路に沿って電磁波を送ることができるので、フーチング等を壊すことなく完全に非破壊状態で構造部材の内部の破壊状況を探知でき、また構造部材がＲＣ杭のようなものである場合に鉄筋等によって電磁波が散乱するおそれが少なくなる。さらに、入射波と反射波とから各々の物質の状態特有の複素誘電率及び時間差を導くので、破壊点の物質の種類と位置とを従来技術では考えられない正確さで検出することができる。そのため、今までできなかった施工後の杭に対する信頼性のある管理が簡便にできるようになる。
【００１２】
請求項２の発明は、構造部材の破壊状況を非破壊状態で診断するための構造部材の非破壊診断方法において、前記構造部材に電磁波の伝送が可能な伝送路を該伝送路の一端が外部に出るように予め埋設し、前記構造部材の表面近傍の複素誘電率を測定するセンサーを予め埋設し、破壊により複数の層に区切られた前記構造部材における第１層の複素誘電率を前記センサーを用いて測定し、前記伝送路の一端に入射波としての電磁波を入射し、前記伝送路の一端の観測点において、前記入射波と、前記入射波が前記複数の層の境界で反射された各々の反射波と、を時間領域及び周波数領域で測定し、時間領域で測定された前記入射波の波形と前記反射波の波形とに基づいて、電磁波が前記複数の層の境界間で往復するに要する往復時間を各々測定し、周波数領域で測定された反射波に基づいて、前記構造部材における第２層以降の層の複素誘電率を演算し、各々の層において求められた複素誘電率及び往復時間に基づいて、各層の厚さを演算することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明では、構造部材の表面近傍の複素誘電率を測定するセンサーを予め埋設しておき、まず、破壊により複数の層に区切られた前記構造部材における第１層の複素誘電率をこのセンサーを用いて測定する。次に、伝送路の一端に入射波としての電磁波を入射し、伝送路の一端の観測点において、入射波と、入射波が前記複数の層の境界で反射された各々の反射波と、を時間領域及び周波数領域で測定する。時間領域で測定された入射波の波形と反射波の波形とに基づいて、電磁波が前記複数の層の境界間で往復するに要する往復時間を各々測定する。また、周波数領域で測定された反射波に基づいて、構造部材における第２層以降の層の複素誘電率を演算する。そして、各々の層において求められた複素誘電率及び往復時間に基づいて各層の厚さを演算する。このように、第１層の複素誘電率のみを予め構造部材に埋設されたセンサーにより事前測定することによって第１層の物質の複素誘電率が正確に求められ、より正確に各層の厚さが求められる。
【００１４】
請求項３の発明は、構造部材の破壊状況を非破壊状態で診断するための構造部材の非破壊診断方法において、前記構造部材に電磁波の伝送が可能な伝送路を該伝送路の一端が外部に出るように予め埋設し、前記構造部材の表面近傍の複素誘電率を測定するセンサーを予め埋設し、破壊により複数の層に区切られた前記構造部材における第１層の複素誘電率の誘電スペクトルを前記センサーを用いて測定し、前記伝送路の一端に入射波としての電磁波を入射し、前記伝送路の一端の観測点において、前記入射波と、前記入射波が前記複数の層の境界で反射された各々の反射波と、を時間領域及び周波数領域で測定し、時間領域で測定された前記入射波の波形と前記反射波の波形とに基づいて、電磁波が前記複数の層の境界間で往復するに要する往復時間を各々測定し、周波数領域で測定された反射波に基づいて、前記構造部材における第２層以降の層の複素誘電率の誘電スペクトルを演算し、各々の層において求められた複素誘電率及び往復時間に基づいて、各層の厚さを演算し、各々の層において求められた複素誘電率の誘電スペクトルと、既知の物質の複素誘電率の誘電スペクトルとの比較に基づいて、各層における物質の破壊状況を診断することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明では、第１層の複素誘電率の誘電スペクトルを予め構造部材に埋設されたセンサーにより事前測定すると共に、反射波に基づいて第２層以降の層の複素誘電率の誘電スペクトルを求めるので、各層の物質の破壊状況をより正確に診断することができる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項の発明における前記伝送路が、互いに略平行になるように保持された２本のケーブルで構成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明では、前記伝送路が互いに略平行な２本のケーブルで構成されているため、伝送される電磁波の減衰や散乱が少なく、しかも伝送路の屈曲等により反射波を生じるので、正確な検出が可能となる。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項の発明において、立ち上がりの早いステップ状の電磁波を前記入射波として前記伝送路に入射することを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明では、立ち上がりの早いステップ状の電磁波を入射波として伝送路に入射するため、入射波の波形と各反射波の波形の時間領域及び周波数領域における分離が明瞭となり正確な診断が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る破壊状況測定システムの概略の構成を図１に示す。図１に示されたように、本測定システムによる破壊状況の対象となるＲＣ杭２６には、２本のケーブルを互いに平行に設置することにより電磁波の伝送を可能とした平行２伝送線路２４が埋め込まれている。なお、この平行２伝送線路２４は、ＲＣ杭２６の施工時に予め埋め込まれたものであり、例えば銅やステンレス等の金属製のケーブルで構成されている。
【００２２】
この平行２伝送線路２４を構成する一方のケーブルは、入力された電気信号のパワーを分割出力するためのパワーデバイダ１２の出力端に接続されており、パワーデバイダ１２の一方の入力端には、立ち上がりの早いステップ状の電磁波を生成出力するパルスジェネレータ１０のパルス出力端が接続されている。すなわち、平行２伝送線路２４の一方のケーブルには、パルスジェネレータ１０により生成され、パワーデバイダ１２によりパワーを分割された電磁波が入射されるようになっている。
【００２３】
さらに、パワーデバイダ１２の別の入力端には、平行２伝送線路２４を構成する他方のケーブルが接続されており、またパワーデバイダ１２の別の出力端には、電気信号のパワーを減衰させるためのアッテネータ１６が接続されている。このアッテネータ１６には、入力された電気信号をサンプリングして波形を解析するためのサンプリングオシロスコープ１８のサンプリングヘッドが接続されている。すなわち、サンプリングオシロスコープ１８は、パルスジェネレータ１０からパルスとして出力された入射波と、平行２伝送線路２４から伝送された反射波とが重畳した波形を測定できるようになっている。
【００２４】
また、サンプリングオシロスコープ１８には、パワー減衰用のアッテネータ１４を介してパルスジェネレータ１０のトリガ出力端が接続されており、パルスジェネレータ１０は、平行２伝送線路２４に入射される電磁波を生成すると同時にサンプリングオシロスコープ１８のトリガ用の信号を生成し、サンプリングオシロスコープ１８に入力する。
【００２５】
さらに、サンプリングオシロスコープ１８には、いわゆるパーソナルコンピュータ２０が接続されており、パーソナルコンピュータ２０は、サンプリングオシロスコープ１８において検出された電気信号を解析するためのプログラムを内蔵している。このプログラムが実行されると、パーソナルコンピュータ２０は、時間領域で検出された電気信号をディスプレイに表示したり、電気信号のフーリエ変換等を実行する。
【００２６】
また、パーソナルコンピュータ２０には、磁気ディスク装置２２が接続されており、該磁気ディスク装置２２には、測定対象であるＲＣ杭２６を構成している各物質（状態別にコンクリート、含水率別に土、水、空気等）の複素誘電率のデータベース２３が記憶されている。パーソナルコンピュータ２０は、このデータベース２３のデータと検出された波形データとの比較に基づいて破壊状況を検出できるようになっている。なお、データベース２３の各物質別の複素誘電率は、事前に測定されデータ化されたものである。
【００２７】
次に、ＲＣ杭２６に埋め込まれている平行２伝送線路２４の詳細な構成及び平行２伝送線路２４により伝送される電磁波の伝播の様子を図２を参照して説明する。
【００２８】
図２に示されたように、平行２伝送線路２４は、ＲＣ杭２６のほぼ中央部に鉄筋２７に接触しないように埋設され、絶縁物質で構成される平行２線路保持体２８によってほぼ平行状態が保たれるように保持されている。また、埋設された平行２伝送線路２４は、外部から電磁波を入力できるように、その一端が外部に露出されている。
【００２９】
このように保持された平行２伝送線路２４に電磁波が入射されると、入射された電磁波（入射波）は、平行２伝送線路２４のケーブルに沿って図のＰ方向に進行する。ここで、ＲＣ杭２６に破壊された部分がある場合、この破壊部分で誘電率が急激に変化する。従って、入射波の一部は破壊部分で反射され、反射波として平行２伝送線路２４のケーブルに沿って図のＱ方向に進行する。このような平行２伝送線路２４を用いることにより、伝送される電磁波の減衰や散乱が少なくなり、より正確な破壊状況の診断が可能となる。
【００３０】
次に、上記のように構成された測定システムによるＲＣ杭２６の破壊状況の測定方法の流れについて、図１、図２を参照しつつ図３のフローチャートに沿って説明する。
【００３１】
まず、パルスジェネレータ１０を用いて平行２伝送線路２４に、立ち上がりの早いステップ状の入射波を入射する（ステップ１００）。前述したように、入射波は平行２伝送線路２４に沿って図２のＰ方向に進行し、破壊点３２に至ると、誘電率が急激に変化するため、入射波の一部が図のＱ方向に反射されて観測点３０に至る。
【００３２】
このような状況下において、観測点３０で入射波及び反射波の電圧を時間領域で測定する（ステップ１０２）。なお、以下では時刻をｔとして測定結果の入射波電圧をｖｉ  （ｔ）、反射波電圧をｖｒ  （ｔ）とする。
【００３３】
次に、入射波ｖｉ  （ｔ）と反射波ｖｒ  （ｔ）との時間差を測定する（ステップ１０４）。この時間差の測定は、例えばサンプリングオシロスコープ１８に表示された波形の観測に基づいて行う。図４に例示されたように、Ｐ方向に進行するステップ状の入射波ｖｉ  （ｔ）が破壊点３２で反射すると、立ち上がりの緩慢な反射波ｖｒ  （ｔ）が平行２伝送線路２４に沿ってＱ方向に伝送されて観測点３０に至る。
【００３４】
ここで観測点３０において時間領域で観測された波形を、サンプリングオシロスコープ１８のディスプレイで表示すると、ディスプレイには、図示のように入射波ｖｉ  （ｔ）と反射波ｖｒ  （ｔ）とがある時間差Δｔをもって重畳した波形が表示される。この時間差Δｔは、入射波が破壊点３２に至るまでの時間と、反射波が破壊点３２から観測点３０までに至る時間とが加算されたものである。そして、オペレータが目視によりこの波形に基づいて時間差Δｔを検出する。入射波として立ち上がりの早いステップ状の電磁波を用いれば、入射波と反射波との波形の分離が容易となり、正確な位置の検出が可能となる。なお、時間差Δｔの検出を、パーソナルコンピュータ２０のプログラムによる波形解析で行っても良い。
【００３５】
次に、測定された時間差Δｔと、平行２伝送線路２４を伝搬する電磁波の位相速度ｃ０  とに基づいて、観測点３０から破壊点３２までの平行２伝送線路２４の幾何学的な長さｄを次式によって求める（ステップ１０６）。
【００３６】
ｄ  ≒  ｃ０    ＊  Δｔ／２          ・・・・・（１）
但し、（１）式では、平行２伝送線路２４を伝搬する電磁波の位相速度ｃ０  を観測点から当該破壊点との間に存在すると予想される物質の誘電率に基づいて得られる位相速度に近似している。
【００３７】
（１）式により、観測点３０から破壊点３２までの平行２伝送線路２４の長さｄが求められ、これにより破壊点３２の位置を近似的に検出することができる。
【００３８】
次に、入射波電圧ｖｉ  （ｔ）及び反射波電圧ｖｒ  （ｔ）のフーリエ変換ｖ０  （ω）、ｒｘ  （ω）を各々演算する（ステップ１０８）。ここで、ωは角振動数である。
【００３９】
次に、入射波のフーリエ変換ｖ０  （ω）と反射波のフーリエ変換ｒｘ  （ω）と、に基づいて破壊点３２の物質の複素誘電率ε＊  ｘ  （ω）の誘電スペクトルを求める（ステップ１１０）。ここで、ε＊  ｘ  （ω）は次のようにして求められる。
【００４０】
まず、入射波のフーリエ変換ｖ０  （ω）と反射波のフーリエ変換ｒｘ  （ω）との関係をε＊  ｘ  （ω）を用いて表すと次式のように与えられる。
【００４１】
0003583225.tif 000002
とする。
【００４２】
また、ｄはステップ１０６で求められた破壊点３２の反射面で電極として作用する平行２伝送線路のケーブルの幾何学長、すなわち、観測点３０から破壊点３２までのケーブル長である。また、ケーブル長ｄに平行２伝送線路２４の固有値γを乗じたγ×ｄは、電極として作用する平行２伝送線路２４のいわゆる電気長に相当する。なお、ｃは真空中の光速度を示している。
【００４３】
ここで、（２）式をε＊  ｘ  （ω）について解くと、次式が得られる。
0003583225.tif 000003
（３）式により、ｖ０  （ω）及びｒｘ  （ω）を測定することによって破壊点３２の物質の複素誘電率ε＊  ｘ  （ω）の誘電スペクトルが求められることがわかる。
【００４４】
実際には、同じ測定システムでｖ０  （ω）とｒｘ  （ω）とを同時に高精度測定することは極めて難しいため、いわゆるディファレンス法を用いる。この方法では、複素誘電率が既知の標準物質を用いて反射波を測定し、未知物質の反射波との差をフーリエ変換し、未知物質の複素誘電率を求める。まず、標準物質についても（３）式は成立するので、標準物質の誘電率をε＊  ｓ  （ω）、標準物質の反射波電圧をｒｓ  （ω）とすると、次式が得られる。
【００４５】
0003583225.tif 000004
（３）式と（３）’式からｖ０  （ω）を消去すると、
0003583225.tif 000005
が得られる。
【００４６】
但し、
0003583225.tif 000006
とする。なお、標準物質としては、ＧＨｚ領域でε＊  ｘ  （ω）とε＊  ｓ  （ω）の値が近いものほど良い。
【００４７】
次に、ステップ１１０で求められた複素誘電率ε＊  ｘ  （ω）の誘電スペクトルと、データベース２３に記憶されている既知の物質（誘電率既知）の複素誘電率ε＊  ｓ  （ω）の誘電スペクトルとを比較し、この比較に基づいて破壊点３２の物質の破壊状況を診断する（ステップ１１２）。この破壊状況の診断は、次のような原理に基づいて行われる。
【００４８】
すなわち、ステップ１１０で求められた複素誘電率ε＊  ｘ  （ω）の誘電スペクトルは、破壊点３２の物質の種類のみならず、当該物質の物理的状態、例えば、含水率、破壊の度合い等を反映している。複素誘電率ε＊  ｘ  （ω）の実数部ε’は分極の大きさ、虚部ε”はエネルギーの吸収を表しており、その周波数特性は、図５に示されたような分布を示す。物質の種類や状態により緩和時間τの分布等が異なってくるため、誘電スペクトルがどの物質のどの状態の誘電スペクトルに近いかを判定すれば、破壊点３２の物質の種類や状態を診断することができる。
【００４９】
この破壊状況の診断において、観測された複素誘電率の誘電スペクトルとデータベース２３に記憶されている既知の標準資料の複素誘電率の誘電スペクトルとをパーソナルコンピュータ２０に表示させてオペレータがスペクトルの類似判定を行うようにしても良い。
【００５０】
さらに、複素誘電率の単なる類似のみを判定するだけではなく、どの程度スペクトルが異なっているかを定量化することにより、当該物質がどのような破壊状況にあるかを診断することができる。例えば、誘電スペクトルは、いわゆるＨａｖｒｉｌｉａｋ−Ｎｅｇａｍｉの式で表されることが経験的にわかっており、測定された誘電スペクトルと当該式の分布とを比較することにより、破壊状況を診断する。
【００５１】
以上のように第１の実施の形態の破壊状況の診断方法によって、フーチング等を壊すことなく完全に非破壊状態で、破壊点３２の物質と破壊点の位置とを従来技術では考えられない正確さで検出することができる。そのため、今までできなかった施工後の杭に対する信頼性のある管理が簡便に出来るようになる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態に係る非破壊診断方法では、観測点から破壊点までの距離を求める際に、電磁波の位相速度ｃ０  を観測点から当該破壊点との間に存在すると予想される物質中を伝搬する速度に近似していた。しかし、実際には、破壊状況や物質の種類等により誘電率が異なってくるため、この誘電率の変化により伝搬速度が異なってくる。このため、計測された破壊点の位置は、仮定した伝搬速度が実際の伝搬速度とは異なることに起因する誤差を含むものとなる。
【００５３】
そこで、第２の実施の形態では、より正確に破壊点の位置や複素誘電率を測定する方法を以下に開示する。なお、計測システムの構成例等は、第１の実施の形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００５４】
図７に、第２の実施の形態に係る非破壊診断方法で使用する同軸ケーブルセンサーの埋め込み例を示す。図７に示すように、第２の実施の形態に係るＲＣ杭２６には、所定長の同軸ケーブルがその入力端４０ａが外部に露出するように平行２伝送線路２４に略平行に予め埋設されている。この同軸ケーブルセンサー４０の反射端４０ｂは、開放された状態でＲＣ杭に埋まっているので、入力端から入射波を入射させると、入射波は反射端で反射されるが、反射波のフーリエ変換は、反射端の存在する表面層（第１層）の物質の複素誘電率に依存する。
【００５５】
また、図７に例示されたＲＣ杭２６は、表面４２から順に破断面４４、破断面４６、破断面４８、．．．．により破断されており、各々破壊状況や物質等の異なる第１層、第２層、第３層、．．．．から構成されている。
【００５６】
次に、第２の実施の形態に係る非破壊診断方法により図７に示したＲＣ杭の破壊状況を診断する処理の流れについて図８のフローチャートを用いて説明する。
【００５７】
図８に示すように、まず、同軸ケーブルセンサー４０の入力端４０ａにステップ状の電磁波を入射する（ステップ２００）。
【００５８】
次に、同軸ケーブルセンサー４０による第１層の複素誘電率の事前測定を行う（ステップ２０２）。この事前測定では、反射端４０ｂで反射した反射波を入力端４０ａで測定する。この測定によって、ある特定の角振動数における入射波電圧ｖ０  （ω）、反射波電圧ｒｘ  （ω）が得られる。
【００５９】
次に、測定された入反射波電圧（ｖ０  、ｒｘ  ）、同軸ケーブルセンサー４０の埋め込まれた長さｄ（表面４２から反射端４０ｂまでのケーブル長）及び同ケーブルの電気長γ×ｄに基づいて第１層の複素誘電率εｘ１＊  を求める（ステップ２０４）。なお、この複素誘電率εｘ１＊  は、図３のステップ１１０で示したように、（３）式から求められる。
【００６０】
ここで、角振動数ωを変化させてεｘ１＊  の周波数依存特性を求めれば、誘電スペクトルが得られる。また、第１の実施の形態で示したように、ωを変化させる代わりに、いわゆるＴＤＲ法（Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）により時間領域で測定を行い、高速フーリエ変換することにより、各周波数成分のｒｘ  （ω）を求めても良い。これは周波数を連続的に変化させることに相当するが、極めて短時間（２０〜３０秒）で測定できる。
【００６１】
このように第１層の誘電スペクトルεｘ１＊  （ω）が得られれば、図３のステップ１１２と同様に、データベースに記憶されている既知の標準物質の誘電スペクトルと比較することにより、第１の実施の形態と同様に第１層の物質の種類又は破壊状況を診断することができる。
【００６２】
次に、パルスジェネレータ１０を用いて平行２伝送線路２４に、立ち上がりの早いステップ状の入射波を入射する（ステップ２０６）。図７に示したような複数の破断層からなるＲＣ杭の場合、平行２伝送線路２４に沿って下方に伝搬した電磁波は、各境界面４４、４６、４８、５０、．．．．で部分的に反射され、観測点に至る。すなわち、計測された反射波には、各破断面からの反射波の情報がすべて含まれている。
【００６３】
次に、平行２伝送線路２４への入射波電圧ｖ０  、及び第１層と第２層との境界面４４からの反射波電圧ｒｘ  ’を測定する（ステップ２０８）。各境界面からの各反射波の波形は、時間領域又は周波数領域で各々異なる領域に存在するため、境界面４４からの反射波を区別することができる。特に、ステップ状の電磁波が入射波として用いられているため、他の反射波の波形から明瞭に区別することができる。
【００６４】
次に、電磁波が表面４２と境界４４との間を往復するのに要する時間ｔ’を反射波に基づいて計測し、該時間ｔ’と事前測定により得られた第１層の複素誘電率εｘ１＊  とにより次式を用いて第１層の厚さｄ’を求める（ステップ２１０）。
【００６５】
εｘ１＊    ＝  ｔ’（Ｃ０  ／２γ’ｄ’）          ・・・・（５）
ここで、Ｃ０  は真空中の光速度であり、媒体としての第１層を伝搬する電磁波の位相速度Ｃ１  と次式により関係付けられる。
【００６６】
Ｃ１    ＝  Ｃ０  ／√εｘ１＊                        ・・・・（６）
なお、γ’は事前測定された平行２伝送線路の既知の固有値であるため、（５）式により第１層の電気長γ’ｄ’が求められれば、直ちに第１層の厚さｄ’が得られ、これにより境界面４４の位置を検出することができる。
【００６７】
次に、前述したディファレンス法により、測定した反射波電圧ｒｘ  ’と標準物質の反射波電圧との差より反射波を生じさせた第２層の物質の複素誘電率εｘ２＊  を求める（ステップ２１２）。この場合、反射波を生じさせると予想される物質に近い複素誘電率を有する既知の物質を標準物質とする。或いは、測定した入反射波電圧（ｖ０  、ｒｘ  ）から、（３）式により第２層の物質の複素誘電率εｘ２＊  を求めても良い。
【００６８】
ここで、第２層の複素誘電率εｘ２＊  の誘電スペクトルを求めれば、図３のステップ１１２と同様に、データベースに記憶されている既知の標準物質の誘電スペクトルと比較することにより、第１の実施の形態と同様に第２層の物質の種類又は破壊状況を診断することができる。
【００６９】
次に、平行２伝送線路２４への入射波電圧ｖ０  、及び第２層と第３層との境界面４６からの反射波電圧ｒｘ  ”を測定する（ステップ２１４）。
【００７０】
次に、電磁波が表面４２と境界４６との間を往復するのに要する時間Ｔを反射波に基づいて計測し、該時間Ｔとステップ２１２で得られた第２層の複素誘電率εｘ２＊  とにより次式を用いて第２層の厚さｄ”を求める（ステップ２１６）。
【００７１】
Ｔ  ＝  ｔ’  ＋  ｔ”                    ・・・・・（７）
εｘ２＊    ＝  ｔ”（Ｃ０  ／２γ’ｄ”）      ・・・・・（８）
ここで、ｔ”は、電磁波が境界４４と境界４６とを往復するに要する時間であり、測定されたｔ’、Ｔから（７）式を用いて直ちに得られ、ｔ”を（８）式に代入すれば、第２層の厚さｄ”が得られる。ｄ’及びｄ”から境界面４６の位置を検出することができる。
【００７２】
次に、ステップ２１２〜ステップ２１６と同様の処理を第３層から最後の層まで繰り返す（ステップ２１８）。これにより、第３層以降の各層について、複素誘電率や層の厚さが得られる。
【００７３】
以上のように第２の実施の形態の破壊状況の診断方法によって、フーチング等を壊すことなく完全に非破壊状態で、ＲＣ杭２６の破壊状況が診断できる。しかも、事前測定により表層の複素誘電率を予め計測し、この情報に基づいて表層以降の層の複素誘電率や厚さ等を求めるので、第１の実施の形態よりもさらに正確な診断が可能となる。
【００７４】
以上が、本発明に係る構造部材の非破壊診断方法であるが、上記例にのみ限定されるものではない。例えば、電磁波の伝送路として平行２伝送線路２４を用いたが、図６に示すように、ＲＣ杭２６に埋設された伝送路として同軸ケーブル３４を用いるようにしても良い。
【００７５】
また、図３のステップ１０６で入射波と反射波のフーリエ変換を演算したが、バンドパスフィルタ等を用いて直接入射波と反射波の周波数特性を求めるようにしても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、予め埋設された伝送路に沿って電磁波を入射し、入射波と反射波の情報に基づいて破壊点の物質の複素誘電率及び破壊点の位置を求めるようにしたので、電磁波の散乱を少なく抑えると共に、完全に非破壊状態で破壊点の物質の破壊状況や位置を正確に検出することができる、という効果が得られる。
【００７７】
請求項２の発明によれば、第１層の複素誘電率を予め構造部材に埋設されたセンサーにより事前測定し、第２層以降の層では反射波により複素誘電率を求めるようにしたので、より正確に各層の厚さが求められる、という効果が得られる。
【００７８】
請求項３の発明によれば、第１層の複素誘電率の誘電スペクトルを予め構造部材に埋設されたセンサーにより事前測定すると共に、反射波に基づいて第２層以降の層の複素誘電率の誘電スペクトルを求めるようにしたので、各層の物質の破壊状況をより正確に診断することができる、という効果が得られる。
【００７９】
請求項４の発明によれば、互いに略平行になるように保持された２本のケーブルを伝送路として用いるようにしたので、伝送される電磁波の減衰や散乱が少なく抑えられ、より敏感かつ正確に破壊状況の診断ができる、というさらなる効果が得られる。
【００８０】
請求項５の発明によれば、立ち上がりの早いステップ状の電磁波を入射波として伝送路に入射するようにしたので、入射波の波形と反射波の波形の時間領域及び周波数領域における分離が明瞭となり、より正確な破壊状況の診断ができる、というさらなる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る測定システムの概略構成図である。
【図２】ＲＣ杭に平行２伝送線路を埋設した様子を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る破壊状況の診断方法の流れを示すフローチャートである。
【図４】入射波と反射波とを検出する際のサンプリングオシロスコープの概略を示す図である。
【図５】複素誘電率の誘電スペクトルの例を実数部と虚数部とに分けて示した図である。
【図６】ＲＣ杭に同軸ケーブルを埋設した様子を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る破壊状況の診断方法の対象となるＲＣ杭の破壊構造及び第１層に埋め込まれた同軸ケーブルセンサーを示す図である。
【図８】第２の実施の形態に係る破壊状況の診断方法の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０      パルスジェネレータ
１８      サンプリングオシロスコープ
２０      パーソナルコンピュータ
２３      データベース
２４      平行２伝送線路
【図１】
0003583225.tif 000007
【図２】
0003583225.tif 000008
【図３】
0003583225.tif 000009
【図４】
0003583225.tif 000010
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003583225.tif 000013
【図８】
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