(57)【要約】【課題】  ＰＣ枠体等の閉鎖空間内に充填物が充填されて行く様子を空間的に検知することができる充填物検知方法及び充填物検知装置を得る。【解決手段】  複数のセンサ素子１０をＰＣ型枠内の高さ方向に沿って離間配置し、複数のセンサ素子１０を１つずつ順次切り替えて正弦波信号を印加し、正弦波信号を印加したセンサ素子１０の周波数特性の変化を検出してＰＣ型枠内でのコンクリートの充填状況を検知する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を印加して、前記センサ素子に流れる電流の変化を電圧の変化として捉え、捉えた電圧波形の周波数特性の変化を検出することで、前記センサ素子を配置した閉鎖空間内への充填物の充填状況を検知する充填物検知方法において、前記センサ素子を複数個使用して前記閉鎖空間内の複数箇所に配置し、それぞれに対する電圧波形の周波数特性の変化を検出することで充填物の充填状況を空間的に検知する充填物検知方法。
【請求項２】
それぞれ電気エネルギを機械エネルギに変換する複数のセンサ素子と、所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を発生する信号発生手段と、複数の前記センサ素子を１つずつ順次切り替えて前記信号発生手段で発生した正弦波信号を印加する切替え手段と、前記切替え手段による切替えが行われる毎に正弦波信号が印加された前記センサ素子に流れる電流の変化を電圧の変化として捉え、捉えた電圧波形の周波数特性の変化を検出して閉鎖空間内での充填物の充填状況を検知する検知手段とを備え、複数の前記センサ素子を前記閉鎖空間内の複数箇所に配置し、前記閉鎖空間内での充填物の充填状況を空間的に検知する充填物検知装置。
【請求項３】
それぞれ電気エネルギを機械エネルギに変換する複数のセンサ素子と、複数の前記センサ素子のそれぞれに対して設けられ、１つの前記センサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を印加して該センサ素子に流れる電流の変化を電圧の変化として捉え、捉えた電圧波形の周波数特性の変化を検出して閉鎖空間内での充填物の充填状況を検知する複数の周波数特性検出手段とを備え、複数の前記センサ素子を前記閉鎖空間内の複数箇所に配置し、前記閉鎖空間内での充填物の充填状況を空間的に検知する充填物検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプレキャストコンクリートで作られた型枠へのコンクリートの充填状況を検知する充填物検知方法及び充填物検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築物の構造体には、プレキャストコンクリートで作られた型枠（以下、ＰＣ型枠と呼ぶ）の内部に鉄筋を配し、そこへフレッシュコンクリートを充填する方法が採られている。
近年、デザインの多様化などからＰＣ型枠の形状も複雑になり、その複雑な形状の末端部までコンクリートが正しく充填されているかどうかを非破壊で容易に検出する方法が望まれている。現在商品化されている方法としては、２本の電極と、電圧を増幅する装置をＰＣ型枠内に配置してその電極にコンクリートが接触した際に発生する電位を検出してコンクリートが充填されたことを検知する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
また、熱電対をＰＣ型枠内に配置して空気とコンクリートの比熱の違いを利用して温度変化でコンクリートの充填を見分ける方法もある。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２６９１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の充填物検知方法においては、ＰＣ枠体内へのコンクリートの充填の有無を検出するのみで、ＰＣ枠体内にコンクリートが充填されて行く様子を空間的（立体的）に検知することはできず、充填量の正確な制御を実現できていない。
【０００５】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、ＰＣ枠体等の閉鎖空間内に充填物が充填されて行く様子を空間的に検知することができる充填物検知方法及び充填物検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は下記方法及び構成により達成される。
（１）  電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を印加して、前記センサ素子に流れる電流の変化を電圧の変化として捉え、捉えた電圧波形の周波数特性の変化を検出することで、前記センサ素子を配置した閉鎖空間内への充填物の充填状況を検知する充填物検知方法において、前記センサ素子を複数個使用して前記閉鎖空間内の複数箇所に配置し、それぞれに対する電圧波形の周波数特性の変化を検出することで充填物の充填状況を空間的に検知する。
【０００７】
（２）  充填物検知装置であって、それぞれ電気エネルギを機械エネルギに変換する複数のセンサ素子と、所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を発生する信号発生手段と、複数の前記センサ素子を１つずつ順次切り替えて前記信号発生手段で発生した正弦波信号を印加する切替え手段と、前記切替え手段による切替えが行われる毎に正弦波信号が印加された前記センサ素子に流れる電流の変化を電圧の変化として捉え、捉えた電圧波形の周波数特性の変化を検出して閉鎖空間内での充填物の充填状況を検知する検知手段とを備え、複数の前記センサ素子を前記閉鎖空間内の複数箇所に配置し、前記閉鎖空間内での充填物の充填状況を空間的に検知する。
【０００８】
（３）  充填物検知装置であって、それぞれ電気エネルギを機械エネルギに変換する複数のセンサ素子と、複数の前記センサ素子のそれぞれに対して設けられ、１つの前記センサ素子に所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を印加して該センサ素子に流れる電流の変化を電圧の変化として捉え、捉えた電圧波形の周波数特性の変化を検出して閉鎖空間内での充填物の充填状況を検知する複数の周波数特性検出手段とを備え、複数の前記センサ素子を前記閉鎖空間内の複数箇所に配置し、前記閉鎖空間内での充填物の充填状況を空間的に検知する。
【発明の効果】
【０００９】
上記（１）に記載の充填物検知方法では、複数のセンサ素子を閉鎖空間内の複数箇所に配置して、各センサ素子の周波数特性の変化を検出して閉鎖空間内での充填物の充填状況を検知するようにした。これにより、ＰＣ枠体等の閉鎖空間に充填物が充填されて行く様子を空間的（立体的）に検知することができ、充填量の正確な制御が可能となる。
【００１０】
上記（２）に記載の充填物検知装置では、複数のセンサ素子を閉鎖空間内の複数箇所に配置して、複数のセンサ素子を１つずつ順次切り替えて正弦波信号を印加し、正弦波信号を印加したセンサ素子の周波数特性の変化を検出して閉鎖空間内での充填物の充填状況を検知するようにした。これにより、ＰＣ枠体等の閉鎖空間に充填物が充填されて行く様子を空間的（立体的）に検知することができ、充填量の正確な制御が可能となる。
【００１１】
上記（３）に記載の充填物検知装置では、複数のセンサ素子を閉鎖空間内の複数箇所に配置して、各センサ素子ごとに用意した周波数特性検出手段で、各センサ素子の周波数特性の変化を検出して閉鎖空間内での充填物の充填状況を検知するようにした。これにより、ＰＣ枠体等の閉鎖空間に充填物が充填されて行く様子を空間的（立体的）に検知することができ、充填量の正確な制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る充填物検知装置の概略構成を示すブロック図である。
この図において、本実施の形態に係る充填物検知装置は、複数のセンサ素子１０と、リレー２０と、周波数特性検出回路３０と、表示器４０と、制御マイコン５０とを備えて構成される。
センサ素子１０は、電気信号を機械信号に変換して出力するものであり、図２に示すように、圧電セラミックス１１と、圧電セラミックス１１を固定する金属板１２と、圧電セラミックス１１を金属板１２と共に収容するケース１３と、ケース１３を固定する台座１４と、台座１４とケース１３に収容された金属板１２との間に介挿され、ケース１３へのコンクリートの侵入を防止するシール材１５とを備えて構成される。
【００１３】
なお、ケース１３は圧電セラミックス１１の周囲に空間を保てる大きさに形成されている。また、各センサ素子１０はケーブル１６を介して多接点を有するリレー２０に接続される。センサ素子１０に圧電セラミックス１１を使用することで装置を安価にできるとともに精度の高い検知が可能となる。
センサ素子１０は、コンクリートが充填されるＰＣ型枠（図示略）内の高さ方向に沿って所定間隔で配置される。なお、詳細は後述するが、複数のセンサ素子１０をＰＣ型枠内に高さ方向に沿って離間配置することでＰＣ型枠内にコンクリートが充填されて行く様子を空間的（立体的）に検知することが可能となる。
【００１４】
図１に戻り、リレー２０は、上述したように多数の機械的な接点を有し、各接点が制御マイコン５０からの切替え信号に従ってオン／オフする。リレー２０の各接点の一端には各センサ素子１０の一端が接続される。また、リレー２０の各接点の他端には各センサ素子１０の他端が共通接続される。
周波数特性検出回路３０は、センサ素子１０に所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を印加してセンサ素子１０に流れる電流の変化を電圧の変化として捉え、捉えた電圧波形の周波数特性を判定してセンサ素子１０を配設したＰＣ型枠内におけるコンクリートの充填状況を検知する。
図３は周波数特性検出回路３０の概略構成を示すブロック図である。
この図に示すように、周波数特性検出回路３０は、同期信号発生器３１と、可変周波数発振器３２と、増幅器３３と、抵抗３４と、差動増幅器３５と、４象限掛け算器３６と、ローパスフィルタ３７と、判定部３８と、リレー２０を接続するための端子Ｔ１及びＴ２とを備えて構成される。
【００１５】
端子Ｔ１にはリレー２０の信号出力端ＴＳが接続され、端子Ｔ２にはリレー２０のコモン端ＴＣＯＭが接続される。同期信号発生器３１は、可変周波数発振器３２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。可変周波数発振器３２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器３１から同期信号が出力される毎に初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。
増幅器３３は、可変周波数発振器３２からの正弦波信号を、センサ素子１０を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。なお、本実施の形態では、同期信号発生器１及び可変周波数発振器２を含めて信号発生手段と呼ぶ。また、リレー２０及び制御マイコン５０を含めて切替え手段と呼ぶ。また、抵抗３４、差動増幅器３５、４象限掛け算器３６、ローパスフィルタ３７及び判定部３８を含めて周波数特性検出手段と呼ぶ。また、周波数特性検出回路３０そのものを検知手段と呼ぶ。
【００１６】
抵抗３４は、増幅器３３と端子Ｔ１−端子Ｔ２間に介挿されるセンサ素子１０との間に直列に介挿され、その両端にはセンサ素子１０に流れる電流に対応する電圧が発生する。センサ素子１０に流れる電流は周波数の変化によって変化するので、抵抗３３の両端に現れる電圧はセンサ素子１０の周波数特性を反映したものになる。
差動増幅器３５は、抵抗３４の両端の電圧を増幅して電圧Ｖｉを出力する。４象限掛け算器３６は、加振用信号Ｖｒと電圧Ｖｉを乗算してこれらの電圧に対するノイズの影響を除去する。ローパスフィルタ３７は、４象限掛け算器３６の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。
【００１７】
判定部３８は、図示せぬマイコン、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ａ／Ｄ変換器等を備えて構成される。判定部３８は、センサ素子１０にコンクリートが接触していないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ３７から出力される信号から、センサ素子１０に対するＰＣ型枠内におけるコンクリートの接触・非接触を判定し、その結果を表示データに変換して出力する。なお、センサ素子１０の固有の振動周波数特性は上記したＲＡＭに記憶される。また、判定部３８のマイコンを制御するためのプログラムは上記したＲＯＭに記憶されている。
【００１８】
図１に戻り、表示器４０は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等を備えて構成され、周波数特性検出回路３０から出力される表示データに基づく表示を行う。
制御マイコン５０は、リレー２０の多数の接点を１つずつ順次オン／オフする制御を行うと共に、表示器４０に対する表示制御を行う。なお、周波数特性検出回路３０に使用される増幅器３３や乗算器３６等は現在市販されている安価な半導体で容易に実現可能である。
【００１９】
このように構成された充填物検知装置において、可変周波数発振器３２にて発生した正弦波信号が増幅器３３で増幅されて加振用電圧Ｖｒとして、リレー２０のオンになっている接点に接続されているセンサ素子１０と４象限掛け算器３６にそれぞれ入力される。センサ素子１０に加振用電圧Ｖｒが入力されることで該センサ素子１０から機械的振動が発生する。また、抵抗３４の両端にはセンサ素子１０に流れる電流に対応する電圧が発生し、この電圧が差動増幅器３５にて増幅されて電圧Ｖｉが出力される。差動増幅器３５からの電圧Ｖｉと増幅器３３からの加振用電圧Ｖｒとが４象限掛け算器３６にて乗算され、その出力がローパスフィルタ３７にてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏが得られる。
【００２０】
出力信号Ｖｏは加振用信号の周波数変化に対するセンサ素子１０の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。このときセンサ素子１０の表面に何も接触していなければ、図４に示すようにセンサ素子１０の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が現れ、センサ素子１０の周りにコンクリートが充填された場合にはセンサ素子１０の振動特性が変化して、図５に示すようにピーク電圧の位置と大きさが変化する。
判定部３８はこのピーク電圧の変化からコンクリートの充填状況を判定し、その結果を表示データに変換して表示器４０に入力する。これにより、ユーザは、少なくとも現時点で選択されているセンサ素子１０の位置までコンクリートが充填されたことが分かる。制御マイコン５０は複数のセンサ素子１０を繰り返し１つずつ切り替える制御を行うので、ＰＣ型枠内にコンクリートが充填されて行く様子を空間的（立体的）に検知できる。
【００２１】
ここで、上記作動原理を、数式を用いて説明すると以下のようになる。
この場合、Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）、Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２  …（１）
【００２２】
式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。したがって、ローパスフィルタ８を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。
【００２３】
図４及び図５で示したように、ＰＣ型枠内等の空間内にコンクリートが充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することで、その充填状況を検知することができる。
【００２４】
このように、本実施の形態の充填物検知装置によれば、複数のセンサ素子１０をＰＣ型枠内の高さ方向に沿って離間配置し、複数のセンサ素子１０を１つずつ順次切り替えて正弦波信号を印加し、正弦波信号を印加したセンサ素子１０の周波数特性の変化を検出してＰＣ型枠内でのコンクリートの充填状況を検知するようにしたので、ＰＣ枠体内に充填物が充填されて行く様子を空間的（立体的）に検知することができ、充填量の正確な制御が可能となる。
【００２５】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る充填物検知装置の概略構成を示すブロック図である。
この図において、本実施の形態に係る充填物検知装置は、複数のセンサ素子１０の切替えに半導体アナログスイッチ６０を使用した点で、上述した第１の実施の形態に係る充填物検知装置と異なっている。
半導体アナログスイッチ６０は、機械的な接点のリレー２０に比べて接点不良等の機械的不良が発生しない分、信頼性が得られる。
【００２６】
図７は、本発明の第３の実施の形態に係る充填物検知装置の概略構成を示すブロック図である。
この図において、本実施の形態に係る充填物検知装置は、使用するセンサ素子１０の数と同数の周波数特性検出回路３０を備えて同時あるいは１つずつ測定するようにしたものである。周波数特性検出回路３０をセンサ素子１０の数と同数備えることで、制御マイコン５０の負荷が小さくなり、性能の低い安価なマイコンの使用が可能となる。また、測定結果が得られるまでの時間の短縮化が図れる。
【００２７】
なお、上記した各実施の形態では、複数のセンサ素子１０をＰＣ型枠の高さ方向即ち垂直に沿って配置したが、横方向即ち水平方向に沿って配置するようにしても良い。横方向に配置することでコンクリートが広がって行く様子を検出することができる。
【００２８】
また、上記した各実施の形態では、コンクリートのＰＣ型枠等の閉鎖空間内への充填状況の検知について述べたが、他の木製型枠や鋼材で作られた型枠内への充填状況の検知等に使用できることは述べるまでもない。
【００２９】
また、上記した各実施の形態では、単一の周波数範囲の正弦波を用いたが、周波数範囲を切り替える周波数範囲切替器（図示略）を設けて、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにしても良い。この場合、可変周波数発振器３２は、周波数範囲切替器にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生させる機能を有することになる。このように複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにすることで、ＰＣ型枠の構造や材質等の物理的な特性に応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ、これによって、より精度の高い測定が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、ＰＣ枠体等の閉鎖空間に充填物が充填されて行く様子を空間的（立体的）に検知することができるといった効果を有し、コンクリートのＰＣ型枠等の閉鎖空間内への充填状況を検知する充填物検知装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る充填物検知装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の充填物検知装置が有するセンサ素子の概略構成を示す図である。
【図３】図１の充填物検知装置が有する周波数特性検出回路の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図１の充填物検知装置での測定結果の一例を示す図で、ＰＣ型枠内にコンクリートが無い場合の出力電圧波形図である。
【図５】図１の充填物検知装置での測定結果の一例を示す図で、ＰＣ型枠内にコンクリートが有る場合の出力電圧波形図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る充填物検知装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る充填物検知装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  センサ素子
２０  リレー
３０  周波数特性検出回路
４０  表示器
５０  制御マイコン
３１  同期信号発生器
３２  可変周波数発振器
３３  増幅器
３４  抵抗
３５  差動増幅器
３６  ４象限掛け算器
３７  ローパスフィルタ
３８  判定部
６０  半導体アナログスイッチ
１１  圧電セラミックス
１２  金属板
１３  ケース
１４  台座
１５  シール材
１６  ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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