(57)【要約】  構造物が破壊される前段階での劣化等の構造物の状態変化を分析可能な、構造物の分析装置および構造物の分析方法を提供する。  本発明の構造物の分析装置（１０）は、構造物の振動を検出する振動検出手段（１１）と、振動検出手段（１１）の出力信号を分析する分析手段（１２）とを備え、分析手段（１２）は、構造物の振動振幅および構造物の振動継続時間の少なくとも一方について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記構造物の状態変化を分析する。
2013183314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力信号を分析する分析手段とを備え、
前記分析手段は、構造物の振動振幅および構造物の振動継続時間の少なくとも一方について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記構造物の状態変化を分析する、構造物の分析装置。
【請求項２】
前記基準状態は、前記構造物に状態変化が生じる前の状態である、請求項１記載の構造物の分析装置。
【請求項３】
前記基準状態での値は記憶手段に記憶され、
前記分析手段は、前記記憶手段から前記基準状態での値を読み出し、前記基準状態での値と前記分析の際の状態での値とを比較する、請求項１または２記載の構造物の分析装置。
【請求項４】
前記振動検出手段を複数備え、
前記複数の振動検出手段が、異なる場所に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の構造物の分析装置。
【請求項５】
前記振動検出手段が、非接触型振動検出手段である、請求項１から４のいずれか一項に記載の構造物の分析装置。
【請求項６】
前記振動検出手段が、接触型振動検出手段である、請求項１から４のいずれか一項に記載の構造物の分析装置。
【請求項７】
さらに、構造物を振動させる加振手段を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の構造物の分析装置。
【請求項８】
前記加振手段が、高次の共振周波数を有する振動を前記構造物に印加し、
前記構造物に、機械歪を生じさせ、
前記振動検出手段は、前記機械歪の生じた箇所に配置され、前記振動検出手段からの出力信号に基づいて前記構造物の状態変化を分析する、請求項７記載の構造物の分析装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の構造物の分析装置を含む、非破壊検査装置。
【請求項１０】
構造物の振動を検出する振動検出工程と、
前記振動検出工程において出力される出力信号を分析する分析工程とを備え、
前記分析工程は、構造物の振動振幅および構造物の振動継続時間の少なくとも一方について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記構造物の状態変化を分析する、構造物の分析方法。
【請求項１１】
前記基準状態は、前記構造物に状態変化が生じる前の状態である、請求項１０記載の構造物の分析方法。
【請求項１２】
前記基準状態での値は記憶されており、
前記分析工程において、記憶された前記基準状態での値を読み出し、前記基準状態での値と前記分析の際の状態での値とを比較する、請求項１０または１１記載の構造物の分析方法。
【請求項１３】
前記振動検出工程において、異なる場所における複数の振動を検出する、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の構造物の分析方法。
【請求項１４】
前記振動検出工程に先立ち、さらに、構造物を振動させる加振工程を備える、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の構造物の分析方法。
【請求項１５】
前記加振工程が、高次の共振周波数を有する振動を前記構造物に印加する工程であり、
前記振動の印加によって前記構造物に、機械歪を生じさせ、
前記振動検出工程において、前記機械歪の生じた箇所の構造物の振動を検出し、
前記分析工程において、前記機械歪の生じた箇所の構造物の振動の出力信号に基づいて前記構造物の状態変化を分析する、請求項１４記載の構造物の分析方法。
【請求項１６】
請求項１０から１５のいずれか一項に記載の構造物の分析方法を用いる、非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の分析装置および構造物の分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧パイプライン、上下水道、高速鉄道、長大橋、超高層建築、大型旅客機、自動車などの構造物の安心・安全を確保するために、非破壊検査技術が研究、開発されている。構造物の非破壊検査の例として、浸透探傷法および超音波探傷法がある（例えば、非特許文献１参照）。図１１（ａ）に、浸透探傷法の概略を示す。浸透探傷法は、設備を構成する部材１に蛍光材料２を塗布し、構造上の欠陥である傷３に浸透した蛍光材料２を発光させ、目視でその傷３を確認する方法である。この方法は、簡易に検査ができるため、多用されている。図１１（ｂ）に、超音波探傷法の概略を示す。超音波探傷法は、電気機械変換子である超音波トランスデューサ４を用い、超音波を部材１に照射して、部材１の傷３を同定する方法である。この方法は、部材１において、正常箇所と傷３の箇所とで、異なる音響インピーダンスであることを利用したものである。部材１の傷３の同定は、部材を伝播する超音波信号について、傷３の箇所での反射波信号を機械電気変換子で受信することで行う。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】やさしい非破壊検査技術、５ページ、１９９６年、工業調査会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
浸透探傷法および超音波探傷法は、いずれも、傷など構造上の欠陥の発生後に、前記欠陥を検知する方法であり、前記欠陥の発生前に劣化状態を捉えることは困難であった。しかし、一旦欠陥が発生すると、軽微なものであっても、重大な結果を生じさせるおそれがある。そのため、前記欠陥の発生前に劣化状態を捉えることのできる検査方法が要望されている。【０００５】
本発明の目的は、構造物が破壊される前段階での劣化等の構造物の状態変化を分析可能な、構造物の分析装置および構造物の分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の構造物の分析装置は、
構造物の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力信号を分析する分析手段とを備え、
前記分析手段は、構造物の振動振幅および構造物の振動継続時間の少なくとも一方について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記構造物の状態変化を分析する装置である。【０００７】
本発明の構造物の分析方法は、
構造物の振動を検出する振動検出工程と、
前記振動検出工程において出力される出力信号を分析する分析工程とを備え、
前記分析工程は、構造物の振動振幅および構造物の振動継続時間の少なくとも一方について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記構造物の状態変化を分析する方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の構造物の分析装置および構造物の分析方法によれば、構造物が破壊される前段階での劣化等の構造物の状態変化を分析可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の構造物の分析装置の一例（実施形態１）の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の構造物の分析方法の一例（実施形態１）を示すフローチャートである。
【図３】図３は、前記実施形態１の構造物の分析装置の変形例１の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、前記実施形態１の構造物の分析方法の変形例１を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明における加振器への入力信号および振動センサの出力波形の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明における振動波形の分析方法を説明する模式図である。
【図７】図７は、本発明における振動波形の分析方法を説明する模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態１および２における構造物の分析方法を説明する模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態３における構造物の分析方法を説明する模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態４の分析装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、非特許文献１に記載の非破壊検査技術の概略を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の構造物の分析装置および構造物の分析方法について、図面を参照し、例をあげて詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定されない。なお、以下の図１から図１０において、同一部分には、同一符号を付している。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なり、模式的に示す場合がある。
【００１１】
（実施形態１）
図１のブロック図に、実施形態１の構造物の分析装置の構成を示す。また、図２は、実施形態１における構造物の分析方法のフローチャートである。図１に示すように、本実施形態の構造物の分析装置１０は、振動検出手段１１と、分析手段１２とを主要な構成要素として含む。
【００１２】
振動検出手段１１は、例えば、振動センサであり、構造物の振動を検出し、前記構造物から振動波形データを取得する。前記振動センサは、特に制限されず、公知の振動センサを使用できる。具体的には、例えば、加速度センサ、速度センサ、変位センサ等があげられる。前記加速度センサは、圧電型であり、信号増幅回路が内蔵されたものが好ましい。振動検出手段１１（振動センサ）は、感度が高く、広い周波数帯域の信号を検知できるものであることが好ましい。振動検出手段１１は、例えば、構造物に設置する接触型振動検出手段を用いることができる。前記構造物への設置箇所は、特に制限されず、構造物の分析装置１０の用途に応じて、振動検出手段１１は、前記構造物の適切な箇所に設置される。また、振動検出手段１１は、構造物から離れて設置可能である非接触型振動検出手段を用いることもでき、例えば、レーザドップラー振動計等を用いて、光学的に振動振幅の周波数応答を計測してもよい。非接触型振動検出手段は、分析対象の構造物と非接触で設置できるので、例えば、凹凸の大きい箇所、高温または低温の箇所、小さい部材など、振動検出手段を設置できないような場合に、有効である。また、非接触型の振動検出手段は、分析対象の構造物が軽い場合、柔らかい場合などのように、前記構造物に取り付けた際に、振動検出手段自体の重さが影響するような場合にも使用できる。また、振動センサに代えて、アンテナを設置して電磁波を照射し、その反射波の電圧出力応答から振動振幅の周波数応答の測定を行うこともできる。アンテナを、前記構造物の表面を移動させてスキャンし、振動振幅の周波数応答を計測すれば、後述する複数の振動センサを設置して計測する場合と、同様の結果が得られる。
【００１３】
分析手段１２は、振動検出手段１１の出力信号を分析する手段であり、構造物の振動振幅および構造物の振動継続時間の少なくとも一方について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記構造物の状態変化を分析する。前記基準状態は、例えば、前記構造物に状態変化が生じる前の状態であり、構造物の劣化を分析する場合においては、劣化が生じていない正常時の状態を意味する。前記基準状態での値は、例えば、記憶手段に記憶され、前記分析手段は、前記記憶手段から前記基準状態での値を読み出し、前記基準状態での値と前記分析の際の状態での値とを比較することが好ましい。
【００１４】
本実施形態の構造物の分析方法は、図１の構造物の分析装置を用いて、図２のフローチャートに示すように、以下のステップを実施する。
【００１５】
まず、振動検出手段１１により、検出対象である構造物の振動を検出し、振動波形データを取得する（振動検出工程（ステップＳ１１））。
【００１６】
つぎに、分析手段１２により、振動検出手段１１により取得した振動波形データについて出力信号の分析を行う（分析工程（ステップＳ１２））。分析工程（Ｓ１２）は、構造物の振動振幅および構造物の振動継続時間の少なくとも一方について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記構造物の状態変化を分析する工程である。
【００１７】
本発明の特徴は、振動により生じた状態変化（例えば、構造物の機械歪）を、設置した振動検出手段により、振動振幅の時間応答から、前記構造物の剛性、質量、および、機械抵抗で決まる機械自由振動の振幅最大値と、振動減衰率σとを計測することにある。振幅最大値は、構造物の機械抵抗Ｒと反比例する。また、振動減衰率σと、構造物の機械抵抗Ｒおよび質量Ｍとの関係は、σ∝Ｒ／Ｍと表される。例えば、構造物に外部から力が加わると、前記構造物に機械歪が生じ、前記構造物を構成する原子の移動が起こり、やがて原子同士の結合が切断されて、前記構造物の破損（欠陥）の発生に至る。原子の移動が生じる際には、機械特性、特に、剛性や機械抵抗が変化する。本発明では、前記自由振動の振幅最大値と振動減衰率σとの変化を計測することにより、これらの変化を、構造上の欠陥が発生する予兆としての劣化状態として、高精度な定量評価が可能になる。
【００１８】
振動検出手段１１で検出される振動は、構造物を振動させる加振手段により、構造物に付与することも好ましく、本実施形態の構造物の分析装置は、さらに、加振手段を含むことが好ましい。前記加振手段を含む、実施形態１の変形例１の構造物の分析装置の構成を、図３のブロック図に示す。また、図４に、変形例１における構造物の分析方法のフローチャートを示す。図３に示すように、変形例１の分析装置は、振動検出手段１１と分析手段１２に加えて、加振手段１３および制御手段１４を含む。制御手段１４は、振動検出手段１１、分析手段１２および加振手段１３を制御する手段であり、例えば、定電圧発振回路等を含んでおり、振動波形を加振手段１３に印加し、加振手段１３を振動させる。制御手段１４は、任意の構成要素であり、含まれなくともよいが、含まれることが好ましい。この点を除いて、図３に示す構造物の分析装置は、図１に示す構造物の分析装置１０と同様の構成を有する。また、変形例１の構造物の分析方法は、振動検出工程（Ｓ１１）に先立ち、加振工程（Ｓ１３）を含む。この点を除いて、図４に示す構造物の分析方法は、図２に示す構造物の分析方法と同様の工程を有する。
【００１９】
加振手段１３は、分析の対象となる構造物に振動を与えることができればよく、例えば、加振器、スピーカ等が使用でき、測定環境等に応じて適宜選択できる。前記加振器は、定電圧発振回路から、あらかじめ設定された振幅で一定範囲の周波数を含む交流電圧波形（例えば、図５（ａ））を一定時間印加し、印加された電気エネルギーが、振動エネルギーに変換されて、分析の対象の構造物が加振される。前記スピーカを用いる場合、前記スピーカから音波を放射し、分析の対象となる構造物を加振する。
【００２０】
ここで、本発明の構造物の分析方法のメカニズムを、図８を用いて説明する。図８（ａ）は、振動センサ３１が配置された測定物３８を、支持台３９に設置して、加振器３７により加振した場合の、モデル図である。測定物３８のＡ部分には、経時的に、機械的な劣化を生じさせ、分析を行った。加振器３７による加振は、例えば、次のように行う。まず、加振器３７を位置Ｆに設置し、測定物３８を加振する。このとき、加振器３７による振動エネルギー入力により、測定物３８には複数の機械共振モードが励起され、加振停止後には、これら励起された複数の機械共振モードに対応した自由振動が重畳する。振動センサ３１は測定物の振動に応じた電圧信号を出力する。図５（ｂ）および（ｃ）には、複数の自由振動のうち、電気フィルタで基本波および第２高調波成分のみ取り出した波形を例示している。どちらの振動も測定物３８が有する内部摩擦によりその振動振幅は時間経過とともに減衰する。
【００２１】
振動センサ３１は、測定物３８の振動振幅に応じた電圧信号を出力する。図６に、典型的な自由振動波形を例示する。図６において、時間Ｔ（１）において振動波形が最大値ａ（１）を示している。また、時間Ｔ（３）において振動波形が最大値の１／２の値を示している。ａ（１）を振動振幅最大値およびＴ（３）を減衰時間と定義して、振動振幅および減衰率σ指標として測定物３８の機械特性の分析に用いる。ここで、測定物に設置した振動センサｉにより計測された振動振幅最大値をａｉｊｋで、減衰時間をΔＴ（５０）ｉｊｋで表わす。ｉは設置した振動センサを識別する番号で、ｊは共振モードの番号であって周波数の低い順にｊ＝１、２、３・・・で表す。また、ｋは測定物の使用時間（経過時間）に応じて計測した順番であり、未使用、すなわち劣化していない測定物から、使用時間に応じて順番にｋ＝１、２、３・・・と表す。
【００２２】
図７（ａ）に示すように、前記測定物の使用時間、すなわちｋ＝１、２、３となるに従って、構造物の耐久性に応じた機械的な劣化が生じると、振動センサ３１で計測される振動振幅最大値ａｉｊｋとともに、減衰時間（振動継続の時間）ΔＴ（５０）ｉｊｋが変化する。このとき、構造物の劣化の度合いは、未使用時の値ａｉｊ１およびΔＴ（５０）ｉｊ１を基準として規格化した、ａｉｊｋ／ａｉｊ１の式およびΔＴ（５０）ｉｊｋ／ΔＴ（５０）ｉｊ１の式を用いて定量評価が可能となる。なお、前記背景技術の方法では、構造物の破損の前段階（予兆）である内部変化を検知することは不可能または困難であったが、本発明においては、このような劣化状態も捉えることができる。
【００２３】
（実施形態２）
本実施形態では、振動検出手段１１が複数設けられている。この点を除いて、本実施形態の構造物の分析装置および分析方法は、実施形態１の構造物の分析装置および分析方法と同様の構成を有する。
【００２４】
図８（ｂ）に示すように、振動センサ３１および振動センサ３２の、２つの振動センサが測定物３８に配置されている場合の分析方法のメカニズムを説明する。図８（ｂ）において、加振器３７を測定物３８の位置Ｆに設置し、測定物３８を加振する。測定物３８のＡ部分には、経時的に、機械的な劣化を生じさせる。振動センサ３２は、Ａ部分（劣化箇所）の直上に配置されている。振動センサ３２で計測される、基本共振に着目した時間応答を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）は、振動センサ３１についての計測結果を示した図７（ａ）と対応する。図７（ａ）と比較すると、図７（ｂ）では、応答変化が大きくなっていることがわかる。この場合、劣化箇所Ａにおいて、機械歪が大きくなるため、計測値にその応答が敏感に表れる。このように、振動センサが劣化箇所の直上に設置されていると、その応答変化が大きくなり劣化の度合いの高精度検査（分析）が可能になることがわかる。さらに、他の位置に設置されたセンサの応答変化の大きさを比較することで、劣化位置の同定等の分析が可能になる。
【００２５】
（実施形態３）
本実施形態では、加振手段１３によって、高次の共振周波数を有する振動を構造物に印加し、高次の共振現象を励起させ、複数の振動振幅の凹凸（機械歪）を生じさせ、分析を行う。この点を除いて、本実施形態の構造物の分析装置および分析方法は、実施形態１または２の構造物の分析装置および分析方法と同様の構成を有する。
【００２６】
図９（ａ）〜（ｃ）は、測定物３８について、振動センサ３１、３２、３３、３４を配置させた例である。ここで、振動センサ３２は、測定物３８のＢ部分の直上に配置され、振動センサ３４は、測定物３８のＡ部分の直上に配置され、前記Ａ部分およびＢ部分に、経時的に、機械的な劣化を生じさせた例である。図９（ａ）は、静置状態を示し、図９（ｂ）および（ｃ）は、加振状態であり、測定物に高次の共振現象、すなわち、測定物に複数の振動振幅の凹凸（機械歪）を生じさせた状態を示す。ここでは、第３次の共振の場合を示す。このように、測定物に複数の振動振幅の凹凸（複数の機械歪）を生じさせると、複数の劣化箇所ＡおよびＢにおいて、機械歪が大きくなるため、計測値にその応答が敏感に表れる。すなわち、高次の機械共振モードにおいては、振動振幅の凹および凸の領域が測定物の狭い領域に存在することになり、局所的に生じた機械歪の影響が大きく現れる。この場合、正常状態（実施形態１の基準状態に相当）で計測した値を参照して、各共振周波数における複数の振動センサからの出力を比較すると、劣化箇所と劣化の度合いが、より高精度でセンサ位置、各振動振幅最大値ａｉｊｋ、各振動継続時間ΔＴ（５０）ｉｊｋに現れる。このように、本実施形態によると、構造物の劣化の度合いおよび位置の同定の評価等の分析を、より高精度で行うことができる。本実施形態では、第３次の共振の場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、第２次あるいは第４次等の共振を用いることもできる。高次の共振周波数としては、第２次〜第２０次の範囲が好ましく、より好ましくは、第２次〜第１０次の範囲である。共振の次数が高くなりすぎると、隣の共振（１９次であれば、１８次や２０次）との分離が難しくなり、検出が困難となる傾向があるため、前記範囲にあることが好ましい。
【００２７】
（実施形態４）
図１０は、本発明の実施形態４の構造物の分析装置の構成を示すブロック図である。構造物の分析装置２０は、定電圧発振回路２１、加振器（加振手段）２２、振動加速度センサ（振動検出手段）２４および分析手段２８から構成される。分析手段２８は、共振周波数および共振先鋭度Ｑを計算する分析部２５、データを保存する参照データ記憶装置２６および参照データと比較判定する演算器２７を含む。図１０に示すように、構造物の分析装置２０を、分析対象の構造物（測定物）２３に設置して分析を行うことができる。前述のように、加振器２２は、測定物２３に取り付けてもよいし、非接触とすることもできる。
【００２８】
（実施形態５）
本発明の構造物の分析装置および構造物の分析方法は、例えば、漏水検知装置および漏水検知方法に適用することができる。漏水検知に適用する場合、前記構造物の分析装置の振動検出手段は、取水管、導水管、配水管、給水管等の水道管の振動を検出する。前記振動検出手段の設置箇所は、例えば、取水管、導水管、配水管、給水管等の水道管、マンホール、消火栓、止水弁等とすればよい。例えば、導水管に異常が発生し、漏水による異常振動や異常音が発生する場合、前記振動検出手段により、異常振動や異常音に起因する振動を検出し、前記分析手段により、前記導水管の振動振幅および前記導水管の振動継続時間の少なくとも一方について、導水管に異常がない状態を基準状態とし、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記導水管の劣化状態を分析することができる。前記導水管以外の他の水道管についても、例えば、前記導水管と同様にして、劣化状態を分析することができる。
【００２９】
（実施形態６）
本発明の構造物の分析装置および構造物の分析方法は、例えば、建物への侵入検知装置および侵入検知方法に適用することができる。侵入検知に適用する場合、前記構造物の分析装置の振動検出手段の設置箇所は、例えば、窓枠、ガラス、ドア、床面、柱等とすればよい。前記振動検出手段を、建造物の窓枠に設置することで、例えば、窓の破壊行為、窓の開錠、および、窓の開閉等の侵入に関係する行為を検知することができる。前記振動検出手段により、侵入に関係する行為に起因する振動を検出し、前記分析手段により、前記振動振幅および前記振動継続時間の少なくとも一方について、異常がない状態を基準状態とし、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、侵入行為の有無等の状態を分析することができる。
【００３０】
（実施形態７）
本発明の構造物の分析装置および構造物の分析方法は、例えば、構造物の劣化検知装置および構造物の劣化検知方法に適用することができる。構造物劣化検知に適用する場合、前記構造物の分析装置の振動検出手段の設置箇所は、例えば、ビルもしくは住宅等の壁、柱、梁、床、基礎部分等とすればよい。例えば、構造物に劣化が発生した場合、劣化に起因する異常振動や異常音が発生する。前記振動検出手段により、前記異常振動や異常音に起因する振動を検出し、前記分析手段により、前記振動振幅および前記振動継続時間の少なくとも一方について、前記構造物に異常がない状態を基準状態とし、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記構造物の劣化状態を分析することができる。
【実施例】
【００３１】
［実施例１］
図１０のブロック図に示す構成の構造物の分析装置２０を使用して、構造物の分析を行った。分析対象の構造物２３として、長さ４０ｃｍ、幅１ｃｍ、厚さ５ｍｍのステンレス鋼板を用意した。このステンレス鋼板の長さ方向において、左端から１２ｃｍの箇所に、１ｋｇの鋼球を１ｍの高さから繰り返し落下させ、ステンレス鋼板に衝突させた。鋼球落下前、落下１０００回後、落下５０００回後に、図９（ａ）に示すようにステンレス鋼板の両端を機械的に支持した状態とした。【００３２】
加振器２２を、前記ステンレス鋼板の左端から５ｃｍの箇所に設置し、１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数を含む帯域制限されたホワイトノイズの電気信号により加振器２２を駆動し、１Ｎでステンレス鋼板を加振した。振動加速度センサ２４を、ステンレス鋼板の左端から５ｃｍ、１５ｃｍ、２５ｃｍ、３５ｃｍの４箇所の位置に設置して、各々のセンサの設置位置に対応した測定物の振動振幅に比例する電圧出力を得た。【００３３】
次に、図５に示したような自由振動状態の振動時間波形から、分析部２５により、基本共振周波数を求め、その周波数成分を、分析部２５に備えたデジタルフィルタにより抽出して、振動振幅最大値ａｉｊｋおよび振動継続時間ΔＴ（５０）ｉｊｋを求めた（ｊ＝１）。さらに、それらの鋼球落下前と落下１０００回後および落下５０００回後との比を、それぞれ算出することにより、劣化箇所の特定と、その度合いを評価した。その結果を表１に示す。鋼球落下回数の増加に伴い、鋼球落下位置付近に設置した振動センサのみで、振動振幅最大値ａｉｊｋおよび振動継続時間ΔＴ（５０）ｉｊｋの変化が明確に読み取れ、劣化位置の同定と劣化の度合いの評価が高精度で行えることが確認できた。【００３４】
【表１】
2013183314.tif 000003
【００３５】
［実施例２］
実施例１と同様に、ステンレス鋼板への鋼球落下試験を行った。ここでは、劣化箇所の特定とその度合いの評価に、図９に示す第３次の高次共振における振動振幅最大値ａｉｊｋと振動継続時間ΔＴ（５０）ｉｊｋを用いた（ｊ＝３）。その結果を表２に示す。実施例１と同様に、鋼球落下位置付近に設置したセンサによる値の変化が観察されるが、実施例１に比べ、その値の変化が大きいことがわかる。高次共振周波数では、その大きな機械歪のため、劣化の度合いが敏感に測定に現れたといえる。このように、高次共振周波数を用いることにより、測定の高精度化が行われたことが確認できた。【００３６】
【表２】
2013183314.tif 000004
【００３７】
［実施例３］
加振器に替えて、インパルスハンマを用いて測定物を加振させた以外は、実施例２と同様にして、ステンレス鋼板への鋼球落下試験を行った。その結果を表３に示す。本実施例においても、実施例２と同様の結果が得られ、本発明において、加振方法に依存せずに、分析結果が得られることがわかった。【００３８】
【表３】
2013183314.tif 000005
【００３９】
［実施例４］
振動加速度センサに替えて、レーザドップラー振動計を用いた以外は、実施例２と同様にして、ステンレス鋼板への鋼球落下試験を行った。その結果を表４に示す。本実施例においても実施例２と同様の結果が得られ、本発明において、振動振幅を検知するセンサの種類に結果が依存しないことがわかった。【００４０】
【表４】
2013183314.tif 000006
【００４１】
［実施例５］
加振器に替えて、スピーカから放射される音波を用いて測定物を加振させた以外は、実施例２と同様にして、ステンレス鋼板への鋼球落下試験を行った。その結果を表５に示す。本実施例においても、実施例２と同様の結果が得られ、本発明において、加振方法に依存せずに、分析結果が得られることがわかった。【００４２】
【表５】
2013183314.tif 000007
【００４３】
［実施例６］
測定物として、長さ４０ｃｍ、内径５０ｍｍ、外径６０ｍｍのステンレス鋼管を用いた以外は、実施例１と同様にして、ステンレス鋼管への鋼球落下試験を行った。そして、実施例１と同様に機械的支持を行った状態で、同様の分析、評価を行った。その結果を表６に示す。本実施例においても、実施例１と同様に、鋼球落下回数の増加に伴い、鋼球落下位置付近に設置した振動センサのみで、振動振幅最大値ａｉｊｋおよび振動継続時間ΔＴ（５０）ｉｊｋの変化が明確に読み取れ、劣化位置の同定と劣化の度合いの評価が高精度で行えることが確認できた。このように、本発明において、測定物の形状に依存せずに、分析結果が得られることがわかった。本結果は、水道管や化学プラントで使用される配管に、本発明が適用可能なことを示している。【００４４】
【表６】
2013183314.tif 000008
【００４５】
［実施例７］
本実施例では、実施例１で使用したものと同様のステンレス鋼板（長さ４０ｃｍ、幅１ｃｍ、厚さ５ｍｍ）について、ステンレス鋼板全体の材料物性を変化させた場合のシミュレーションを行った。その結果を表７に示す。表７において、「ａ」は振動振幅最大値（劣化前を基準とした規格値）、ΔＴは振動継続時間（減衰時間）（劣化前を基準とした規格値）、ｆｒは共振周波数（劣化前を基準とした規格値）である。シミュレーションは、劣化前のステンレス鋼板のヤング率および減衰係数を１、劣化後のヤング率を０．９８、劣化後の減衰係数を１．０６として、有限要素法を用いて行った。【００４６】
【表７】
2013183314.tif 000009
【００４７】
表７に示すように、劣化前後において、共振周波数ｆｒは、１％の変化であるのに対し、振動振幅最大値「ａ」は、３％の変化、振動継続時間ΔＴは、６％の変化となっている。このように、材料物性の変化がわずかであって、共振周波数の変化からは、劣化の検出が困難である場合であっても、より大きい変化が得られる振動振幅または振動継続時間について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、劣化の検出が可能であるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の構造物の分析装置および構造物の分析方法は、ステンレス、アルミニウム合金、塩化ビニル管、コンクリート等の構造物に適用可能であり、例えば、社会インフラ事業の水道管システムにおける水漏れもしくは水道管の破壊検知、ビルもしくは住居等の構造物の劣化検知、石油パイプラインシステムにおける石油漏れもしくはパイプラインの破壊検知、ガスパイプラインにおけるガス漏れもしくはパイプラインの破壊検知等に応用でき、その用途は制限されず、広い。【００４９】
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載しうるが、以下には限定されない。【００５０】
（付記１）
構造物の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力信号を分析する分析手段とを備え、
前記分析手段は、構造物の振動振幅および構造物の振動継続時間の少なくとも一方について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記構造物の状態変化を分析する、構造物の分析装置。【００５１】
（付記２）
前記基準状態は、前記構造物に状態変化が生じる前の状態である、付記１記載の構造物の分析装置。【００５２】
（付記３）
前記基準状態での値は記憶手段に記憶され、
前記分析手段は、前記記憶手段から前記基準状態での値を読み出し、前記基準状態での値と前記分析の際の状態での値とを比較する、付記１または２記載の構造物の分析装置。【００５３】
（付記４）
前記振動検出手段を複数備え、
前記複数の振動検出手段が、異なる場所に配置されている、付記１から３のいずれかに記載の構造物の分析装置。【００５４】
（付記５）
前記振動検出手段が、非接触型振動検出手段である、付記１から４のいずれかに記載の構造物の分析装置。【００５５】
（付記６）
前記振動検出手段が、接触型振動検出手段である、付記１から４のいずれかに記載の構造物の分析装置。【００５６】
（付記７）
さらに、構造物を振動させる加振手段を備える、付記１から６のいずれかに記載の構造物の分析装置。【００５７】
（付記８）
前記加振手段が、高次の共振周波数を有する振動を前記構造物に印加し、
前記構造物に、機械歪を生じさせ、
前記振動検出手段は、前記機械歪の生じた箇所に配置され、前記振動検出手段からの出力信号に基づいて前記構造物の状態変化を分析する、付記７記載の構造物の分析装置。【００５８】
（付記９）
付記１から８のいずれかに記載の構造物の分析装置を含む、非破壊検査装置。【００５９】
（付記１０）
構造物の振動を検出する振動検出工程と、
前記振動検出工程において出力される出力信号を分析する分析工程とを備え、
前記分析工程は、構造物の振動振幅および構造物の振動継続時間の少なくとも一方について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記構造物の状態変化を分析する、構造物の分析方法。【００６０】
（付記１１）
前記基準状態は、前記構造物に状態変化が生じる前の状態である、付記１０記載の構造物の分析方法。【００６１】
（付記１２）
前記基準状態での値は記憶されており、
前記分析工程において、記憶された前記基準状態での値を読み出し、前記基準状態での値と前記分析の際の状態での値とを比較する、付記１０または１１記載の構造物の分析方法。【００６２】
（付記１３）
前記振動検出工程において、異なる場所における複数の振動を検出する、付記１０から１２のいずれかに記載の構造物の分析方法。【００６３】
（付記１４）
前記振動検出工程に先立ち、さらに、構造物を振動させる加振工程を備える、付記１０から１３のいずれかに記載の構造物の分析方法。【００６４】
（付記１５）
前記加振工程が、高次の共振周波数を有する振動を前記構造物に印加する工程であり、
前記振動の印加によって前記構造物に、機械歪を生じさせ、
前記振動検出工程において、前記機械歪の生じた箇所の構造物の振動を検出し、
前記分析工程において、前記機械歪の生じた箇所の構造物の振動の出力信号に基づいて前記構造物の状態変化を分析する、付記１４記載の構造物の分析方法。【００６５】
（付記１６）
付記１０から１５のいずれかに記載の構造物の分析方法を用いる、非破壊検査方法。【００６６】
（付記１７）
付記１から８のいずれかに記載の構造物の分析装置を含み、
前記振動検出手段が、水道管の振動を検出し、
前記水道管の振動振幅および前記水道管の振動継続時間の少なくとも一方について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記水道管の劣化状態を分析する、漏水分析装置。【００６７】
（付記１８）
付記１０から１５のいずれかに記載の構造物の分析方法を用い、
前記振動検出工程が、水道管の振動を検出する工程であり、
前記水道管の振動振幅および前記水道管の振動継続時間の少なくとも一方について、基準状態での値と分析の際の状態での値とを比較することで、前記水道管の劣化状態を分析する、漏水分析方法。【００６８】
以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。【００６９】
この出願は、２０１２年６月６日に出願された日本出願特願２０１２−１２９２００を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００７０】
１０、２０    構造物の分析装置
１１    振動検出手段
１２    分析手段
１３    加振手段
１４    制御手段
２１    定電圧発信回路
２２、３７    加振器
２３    分析対象の構造物（測定物）
２４    振動加速度センサ
２５    分析部
２６    参照データ記憶装置
２７    演算器
２８    分析手段
３１、３２、３３、３４    振動センサ
３８    測定物
３９    支持台
１    部材
２    蛍光材料
３    傷
４    超音波トランスデューサ
【図１】
2013183314.tif 000010
【図２】
2013183314.tif 000011
【図３】
2013183314.tif 000012
【図４】
2013183314.tif 000013
【図６】
2013183314.tif 000014
【図７】
2013183314.tif 000015
【図８】
2013183314.tif 000016
【図９】
2013183314.tif 000017
【図１０】
2013183314.tif 000018
【図１１】
2013183314.tif 000019
【図５】
2013183314.tif 000020
【国際調査報告】
2013183314.tif 000021
2013183314.tif 000022
2013183314.tif 000023
2013183314.tif 000024