(57)【要約】【課題】  コンクリート構造物に打撃を加えて加振し、その応答振動を信頼性よく的確に検出して、打撃点直下の構造物の信頼性の高い内部情報を短時間で容易に取得する。【解決手段】  コンクリート構造物表面１ａを垂直に打撃するハンマ３を収納するハンマハウジング５を円筒状に構成してそのリング状下面を構造物表面１ａに確実に接触させ、金属磁歪材（コア）２１とコイル２２とから成る磁歪素子で振動センサ７を構成して該振動センサ７とハンマハウジング５とが軸方向に並ぶ縦型配置とし、打撃により構造物表面１ａに励起される弾性振動をハンマハウジング５を介して伝達し、ハンマハウジング５上で軸方向の振動を振動センサ７にて検出する。【選択図】        図１
2006300809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物の表面に該表面に対しほぼ垂直な方向（以下、軸方向と称す）に打撃を加えるハンマと、該ハンマにより上記コンクリート構造物表面に励起される振動を上記ハンマの打撃点周囲から均等に収集し伝達する振動伝達手段と、上記ハンマの軸方向上層に配設されて上記振動伝達手段により伝達された振動を検出する振動センサとを備え、上記振動センサにて検出した振動により上記ハンマによる打撃点直下の上記コンクリート構造物の劣化を検査する構造物検査装置。
【請求項２】
曲げ歪みにより透磁率が変化する金属磁歪材から成るコアとコイルとで構成される磁歪素子を上記振動センサに用い、該振動センサによる振動検出は、上記振動伝達手段にて伝達された振動により発生する上記磁歪素子の軸方向の歪みを検出することにより行うことを特徴とする請求項１記載の構造物検査装置。
【請求項３】
上記振動伝達手段を、上記ハンマを収納する筒状のハンマハウジングで構成し、該ハンマハウジングのリング状の下面を上記コンクリート構造物の表面に接触させて上記ハンマの打撃点周囲から振動を均等に収集し、該振動を上記ハンマハウジングの側面を介して伝達することを特徴とする請求項１または２記載の構造物検査装置。
【請求項４】
上記ハンマハウジングの下面が上記コンクリート構造物の表面に圧接されるように上記ハンマハウジングを押圧する押圧制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の構造物検査装置。
【請求項５】
上記ハンマハウジングの下面が上記コンクリート構造物の表面に圧接される押圧力が所定の圧力に達したとき、上記ハンマが上記コンクリート構造物の表面を打撃して該構造物の劣化を検査するトリガ手段を上記押圧制御手段に備えたことを特徴とする請求項４記載の構造物検査装置。
【請求項６】
上記ハンマの打撃力を選択する手段を備え、上記コンクリート構造物の劣化を検査するための検査用打撃力と、該検査用打撃力よりも大きな打撃力で表面を強制的に剥離させるための剥離用打撃力とを選択して設定可能としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の構造物検査装置。
【請求項７】
上記振動センサは、所定の周波数以下の低周波数帯域の弾性振動を検出することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の構造物検査装置。
【請求項８】
上記振動センサが検出した振動を周波数分析処理を用いて解析し上記コンクリート構造物の劣化を診断する解析装置と該解析結果を表示する表示部とを備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の構造物検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンクリート構造物の内部劣化を非破壊で検査する構造物検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物の内部劣化を非破壊で検査する従来の非破壊検査法としては、連続加振法および振動測定法を含む反発法があり、診断しようとする被検査体にハンマなどによって打撃を加えて加振すると共に、この加振部分から離れた位置にピックアップを設置し、加振部分からピックアップに到達する音響特性を、ピックアップによって検出し、その検出信号を分析することにより、被検査体の劣化を検出する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、被測定物の健全性診断を行う従来の別例による検査装置では、コンクリート系構造物の表面に衝撃を与える打撃ハンマと、この打撃ハンマの打撃部に設けられた加速度センサと、この加速度センサと信号伝送可能に接続された解析装置とからなり、コンクリート系構造物の表面を打撃ハンマで打撃し、この衝撃信号を打撃ハンマに設けた加速度センサで採取し、測定された時刻歴加速度信号を解析装置に取り込む。そして、時刻歴加速度信号を時間積分することにより打撃ハンマの打撃初速度を算出する。また、打撃により構造物表面に発生した時刻歴打撃力Ｆは、ハンマ質量と計測された加速度とを乗算して求め、この時刻歴打撃力を上記ハンマの打撃初速度で除算した値を、接触インピーダンスと称し、この得られた接触インピーダンスから、被測定物の健全性診断を行う（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８０７７９号公報（第２頁）
【特許文献２】特開２００４−１４４５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来の非破壊検査で、被検査体に打撃を加えて加振し、この加振部分からピックアップに到達する音響特性を検出するものでは、打撃機構とその加振応答を受信する検出機構が別々のモジュールで構成されており、打撃点と検出点が離間している。このため、打撃点を中心とした円周上の点で被検査体の加振応答を取得する、即ち、一方向に伝達される部分的応答のみ取得する結果となり、打撃点直下の的確な応答を得ることができない。被検査体表層部に存在するクラック等の変状を打撃点と検出点とが挟む場合、加振応答の受信および計測が不能となることもある。このように、被検査体の劣化を信頼性よく検出することは困難であった。
【０００６】
また、衝撃信号を打撃ハンマに設けた加速度センサで採取する従来の検査装置では、センサが打撃ハンマ側に設置されているため、打撃により構造物表面に発生する振動などの構造物自身の応答信号を採取するものではない。このため、健全性診断の基準に用いている接触インピーダンスを求めて診断する解析処理が複雑となるという問題点があった。また、コンクリート構造物内部におけるクラック、ジャンカ等の変状や空洞の発生を検出できても、その表層からの発生位置を検出することは困難であった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、被検査体であるコンクリート構造物に打撃を加えて加振し、その応答振動を信頼性よく的確に検出して、打撃点直下の構造物の信頼性の高い内部情報を短時間で容易に取得できる構造物検査装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る構造物検査装置は、コンクリート構造物の表面に該表面に対しほぼ垂直な方向（以下、軸方向と称す）に打撃を加えるハンマと、該ハンマにより上記コンクリート構造物表面に励起される振動を上記ハンマの打撃点周囲から均等に収集し伝達する振動伝達手段と、上記ハンマの軸方向上層に配設されて上記振動伝達手段により伝達された振動を検出する振動センサとを備える。そして、上記振動センサにて検出した振動により上記ハンマによる打撃点直下の上記コンクリート構造物の劣化を検査するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明による構造物検査装置では、ハンマによりコンクリート構造物表面に励起される振動をハンマの打撃点周囲から均等に収集し伝達する振動伝達手段と、上記ハンマの軸方向上層に配設された振動センサとを備えるため、打撃点直下の構造物自身の応答振動を的確に収集して検出でき、打撃点直下の構造物の信頼性の高い内部情報を得ることができ、高精度な構造物検査が短時間で容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による構造物検査装置の概略構成を示したブロック図である。図１に示すように、コンクリート構造物１を検査する構造物検査装置２は、構造物１を打撃するハンマ３、および該ハンマ３を初期の始動位置に引き戻す引き戻しバネ４を収納した振動伝達手段としての円筒状のハンマハウジング５と、該ハンマハウジング５の周りに配置され、ハンマハウジング５内のハンマ３を構造物１に対して加速スライドさせるコイル６と、ハンマ３の打撃により構造物表面（被計測面１ａ）に励起されるコンクリート構造物１の振動を検出する振動センサ７とを備える。また、コイル６を駆動するための電源装置８、打撃起動スイッチ９およびハンマ３の打撃条件を設定・制御する打撃制御装置１０を備える。さらに、振動センサ７からの検出信号を受信して必要に応じて加工する受信装置１１および該受信信号に基づいた検査結果を表示する表示装置１２を備える。
【００１１】
構造物検査装置２は、ハンマ３が被計測面１ａに対し垂直方向に打撃を加えるように設置され、このとき、被計測面１ａに対面する円筒状のハンマハウジング５のリング状の下面は、被計測面１ａに確実に接触されるものとする。振動センサ７は、ハンマ３およびハンマハウジング５の軸方向上層でハンマハウジング５に設置され、ハンマハウジング５にて伝達された振動をハンマハウジング５上で検出する。なお、ハンマ３を構成する材料は磁性体とする。
【００１２】
次に、コンクリート構造物１を検査する際の構造物検査装置２の動作について説明する。
検査員により打撃起動スイッチ９がオンされると、電源装置８から電力が供給され、打撃制御装置１０により、一回または一定の周期で複数回、ハンマハウジング５周囲に配設されたコイル６に駆動電圧が印加される。駆動電圧がコイル６に印加されるとコイル６には電流が流れ、ハンマハウジング５内部に磁界が発生する。発生した磁界の磁力により、磁性体で構成されたハンマ３はハンマハウジング５内を被計測面１ａに向かう軸方向に加速スライドし、被計測面１ａを打撃する。打撃制御装置１０では、駆動電圧を印加する時間タイミングを制御し、ハンマ通過位置を検出するセンサ（図示せず）等の信号入力で駆動電圧を遮断する。これにより、ハンマ３は効果的に被計測面１ａを打撃し、その後ハンマ３に接続された引き戻しバネ４により引き戻され初期の位置へ戻る。
【００１３】
ハンマ３の打撃によりコンクリート構造物１は弾性振動し、被計測面１ａに励起される弾性振動は、ハンマ３の打撃点周囲に接触するハンマハウジング５のリング状の下面から円筒状の側面を介して伝達される。この伝達された振動を、ハンマハウジング５上で振動センサ７が検出する。振動センサ７による検出信号は、受信装置１１に送信され受信装置１１でフィルタリングを実施し、数ＫＨｚ以下の設定周波数帯域での応答レベルに応じた検査結果を表示装置１２にＬＥＤ等の色別で表示する。なお、被計測面１ａに励起されてハンマハウジング５上で検出される弾性振動の内、数ＫＨｚ以下の低周波数帯域の弾性振動が異常の診断に有用であり、トンネルや道路床版等のコンクリート構造物の内部変状や、コンクリート健全性診断などの構造物検査が可能になる。
【００１４】
この実施の形態では、円筒状のハンマハウジング５を信号伝達手段に用いると共に、振動センサ７を軸方向上層でハンマハウジング５上に設置した。このように円筒状のハンマハウジング５と振動センサ７とを軸方向に並べて縦型配置したことにより、被計測面１ａに励起される弾性振動をハンマ３の打撃点周囲から均等に収集して振動センサ７設置位置まで伝達し、振動センサ７はハンマハウジング５上で振動を検出する。このため、打撃点直下の構造物自身の応答振動を、周方向で偏ることなく均等で的確に収集して検出でき、打撃点直下の構造物の信頼性の高い内部情報を得ることができる。
また、ハンマハウジング５を円筒状にしてリング状の下面を被計測面１ａに確実に接触させるため、打撃点直下の構造物自身の応答振動を、周方向で偏ることなく均等に収集して側面を介して上層の振動センサ７設置位置まで伝達することが容易で確実に実現できる。
【００１５】
なお、上記実施の形態では信号伝達手段として円筒状のハンマハウジング５を用いたが、被計測面１ａに励起される弾性振動をハンマ３の打撃点周囲から周方向で偏ることなく均等に収集して軸方向上層の振動センサ７設置位置まで伝達できるものであればよく、ハンマハウジング５の形状を変えても良いし、信号伝達手段をハンマ３を収納するハンマハウジングと別構成にしてもよい。
【００１６】
実施の形態２．
上記実施の形態１による構造物検査装置２において、振動センサ７に磁歪素子を用いたものを示す。
図２に示す振動センサ７は、曲げ歪みの作用により透磁率が変化する金属磁歪材を用い、薄板をコア状に成形したセンサコア２１を複数枚積層し、その両脚に所定の巻数のコイル２２を配置する。
このように構成される振動センサ７は、図中、矢印方向２３の歪みを検出して同方向の振動を検出することができる。歪みの作用によるコア２１の透磁率の変化に従ってコイル２２に起電力が発生する。歪みが大きいほど透磁率の変化は大きくなり、その結果コイル２２に発生する電圧も高くなる。すなわちコイル２２に発生する電気信号を得ることにより、それに比例する振動を検出する。
【００１７】
構造物検査装置２において、上記のような磁歪素子を用いた振動センサ７は、歪みを検出する方向２３を軸方向と合致させてハンマハウジング５上に縦方向に設置する。これにより、ハンマハウジング５にて伝達される軸方向の振動を軸方向の歪みとして振動センサ７にて直接検出することができ、検出感度が良く、迅速で高精度な振動検出が実現できる。また、この磁歪素子を用いた振動センサ７は、特に１０ＫＨｚ以下の振動を検出感度高く得ることができ、コンクリート構造物の検査を効果的に行える。
【００１８】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３について説明する。
上記実施の形態１で示した構造物検査装置２において、図３に示すように、データ解析装置１３を受信装置１１に接続する。
上記実施の形態１と同様に、ハンマ３の打撃によりコンクリート構造物１は弾性振動し、被計測面１ａに励起される弾性振動は、ハンマハウジング５のリング状の下面から円筒状の側面を介して伝達されハンマハウジング５上で振動センサ７が検出する。振動センサ７による検出信号は、受信装置１１に送信され受信装置１１でフィルタリングを実施して、周波数応答波形がデータ解析装置１３に入力される。
【００１９】
データ解析装置１３に入力された周波数応答波形は周波数分析（ＦＦＴ）処理がなされ、５００Ｈｚ〜１０ＫＨｚ周波数帯城の振動の最大値検出を行い、その周波数を用いて打撃点である計測点部位の境界面までのコンクリート厚み、例えばトンネル内の覆工巻厚等を演算する。また、データ解析装置１３では、特定周波数帯域間の振動の積分演算処理を実施し、その振動レベルの総和を予め設定された基準値を示すテーブルと比較し、その処理結果から打撃点直下の情報、即ち計測点部位の内部変状や、表層からの深さ情報を得て、コンクリート構造物１の劣化を診断する。また、これらの解析結果は、記録することにより検査の際に劣化の経時変化などの情報を得るのに役立ててもよい。
表示装置１２は、受信装置１１からの情報、およびデータ解析装置１３の解析結果の双方を表示可能として、適宜選択して表示させる。
【００２０】
この実施の形態では、振動センサ７にて検出された振動の周波数応答波形を周波数分析（ＦＦＴ）処理を用いて解析するデータ解析装置１３および解析結果を表示する表示装置１２を備えたため、コンクリート構造物１の劣化に係る情報の解析が速やかにその場で実施でき、検査員に知らせることができる。また、振動センサ７がハンマハウジング５上で振動を直接検出した信頼性の高い検出信号に基づいて解析するため、打撃ハンマに設けた加速度センサで情報を採取する従来の検査装置のような複雑な演算処理を要することなく解析できる。また、計測点部位の内部変状や、表層からの深さ情報を得ることができ、コンクリート構造物の高精度で信頼性の高い検査が実施できる。
【００２１】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４について説明する。
上記実施の形態３で示した構造物検査装置２において、図４に示すように、ハンマハウジング５を押圧する押圧制御機構１４とハンマハウジング５の下面がコンクリート構造物１の被計測面１ａに圧接される押圧力を検出するセンサ１５とを備える。
上記実施の形態１、３と同様に、ハンマ３の打撃によりコンクリート構造物１に弾性振動を与えるが、このとき、被計測面１ａに対面する円筒状のハンマハウジング５のリング状の下面は、被計測面１ａに確実に接触される必要がある。この実施の形態では、ハンマハウジング５の下面が被計測面１ａに圧接されるように、押圧制御機構１４は所定の押圧力でハンマハウジング５を被計測面１ａに押圧する。押圧力の制御はセンサ１５にて検出される圧力が所定の値となるように制御する。
【００２２】
このように押圧制御機構１４によりハンマハウジング５を被計測面１ａに押圧した状態で、ハンマ３の打撃によりコンクリート構造物１に弾性振動を与える。これにより、ハンマハウジング５のリング状の下面は、被計測面１ａに確実に接触され、被計測面１ａに励起される弾性振動は、ハンマハウジング５のリング状の下面から円筒状の側面を介して確実に伝達されて検出される。このため、振動センサ７による振動の検出精度が向上し、検査精度の信頼性が向上する。
【００２３】
なお、上記のような押圧制御機構１４は、バネ等の圧縮緩衝機構を装着したものや、エアダンパ機構を装着した構造で実現できる。
【００２４】
また、押圧制御機構１４にトリガ手段を備えて、ハンマハウジング５の下面がコンクリート構造物１の被計測面１ａに圧接される押圧力が所定の圧力に達したとき、打撃起動スイッチ９をオンさせてハンマ３が被計測面１ａを打撃し、検査を開始させるようにしても良い。これにより、ハンマハウジング５のリング状の下面が被計測面１ａに確実に接触した状態で自動的に迅速に検査が開始できる。
【００２５】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５について説明する。
上記実施の形態１による構造物検査装置２では、コイル６を駆動するための電源装置８、打撃起動スイッチ９およびハンマ３の打撃条件を設定・制御する打撃制御装置１０を備えてコイル６に駆動電圧を印加したが、この実施の形態では、図５に示すように、電源装置８から複数種（この場合３種）の電圧レベルを供給できるように設定し、スイッチとして電圧切り替え選択スイッチ１６を用いて電圧レベルを選択して起動する。また、打撃制御装置１０は各選択された電圧レベルに応じて打撃条件を制御する。
【００２６】
上記電源装置８と電圧切換選択スイッチ１６とでハンマ３の打撃力を選択する手段を構成し、コンクリート構造物１の劣化を検査するための検査用打撃力と、この検査用打撃力よりも大きな打撃力でコンクリート構造物１の表面を強制的に剥離させるための剥離用打撃力とを選択して設定可能とする。この場合、電圧レベルを３種として、検査用打撃力を得るための電圧レベルと、それよりも大きな電圧レベルを剥離用打撃力を得るために２段階で備える。
【００２７】
次に、このように構成される構造物検査装置２の動作について説明する。
検査員により電圧切換選択スイッチ１６が検査用打撃力を得るための電圧レベルを選択してオンされると、電源装置８から電力が供給され、打撃制御装置１０により制御された駆動電圧がコイル６に印加される。これによりハンマ３はハンマハウジング５内を被計測面１ａに向かう軸方向に加速スライドし、検査用打撃力で被計測面１ａを打撃し、引き戻しバネ４により引き戻され初期の位置へ戻る。
【００２８】
ハンマ３の打撃によりコンクリート構造物１は弾性振動し、被計測面１ａに励起される弾性振動は、ハンマハウジング５上で振動センサ７が検出する。振動センサ７による検出信号は、受信装置１１に送信され受信装置１１でフィルタリングを実施し、数ＫＨｚ以下の設定周波数帯域での応答レベルに応じた検査結果を表示装置１２に表示する。また、上記実施の形態３で示したように、周波数応答波形がデータ解析装置１３に入力され、周波数分析（ＦＦＴ）処理を用いて、解析処理を行いコンクリート構造物１の劣化を診断し、表示装置１２に表示する。
【００２９】
表示された検査結果および解析結果から、コンクリート構造物１の表層剥離や、コンクリートかぶり部の剥落の可能性が有る場合、検査員は、コンクリート構造物１の表面を強制的に剥離させる強制剥離処理を続いて行う。
検査員により電圧切換選択スイッチ１６が剥離用打撃力を得るための電圧レベルを選択してオンされると、電源装置８から電力が供給され、打撃制御装置１０により制御された駆動電圧がコイル６に印加される。そしてハンマ３は打撃エネルギーが増大された剥離用打撃力で被計測面１ａの該当部位を衝撃打振した後、引き戻しバネ４により引き戻され初期の位置へ戻る。このハンマ３の打撃により、表層コンクリート部をたたき落とす。
【００３０】
剥離用打撃力のための電圧レベルは、複数種有る場合には、表示された検査結果および解析結果に応じて決定する。
また強制剥離処理の場合、ハンマ３による打撃後の振動センサ７で振動検出して検査する通常の処理は必要に応じて行う。
【００３１】
この実施の形態では、ハンマ３の打撃力を選択可能として、コンクリート構造物１の劣化を検査するための検査用打撃力と、表面を強制的に剥離させるための剥離用打撃力とを選択できるようにしたため、検査のための構造物検査装置２を用いて強制剥離処理を実施することができ、強制剥離のための特別な装置を必要とすることがなく容易で簡便に強制剥離処理を行える。また、同一装置を用いて、検査と強制剥離処理とを連続して実施できるため、検査箇所に表層剥離や剥落の可能性が有る場合、極めて効率的に対処できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１による構造物検査装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２による振動センサの構造を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３による構造物検査装置の概略構成を示したブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態４による構造物検査装置の概略構成を示したブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態５による構造物検査装置の概略構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  コンクリート構造物、１ａ  構造物表面（被計測面）、２  構造物検査装置、
３  ハンマ、５  振動伝達手段としてのハンマハウジング、７  振動センサ、
８  電源装置、１２  表示装置、１３  解析装置、１４  押圧制御機構、１５  センサ、１６  打撃力選択手段としての電圧切換選択スイッチ、２１  磁歪材（コア）、
２２  コイル。
【図１】
2006300809.tif 000003
【図２】
2006300809.tif 000004
【図３】
2006300809.tif 000005
【図４】
2006300809.tif 000006
【図５】
2006300809.tif 000007