(57)【要約】【課題】部材内部の金属物体を外部から簡易に把握する。【解決手段】計測装置１の中に、連続的に万遍なくｎ個のコイルＣが配置される。コイルＣは、励磁コイルＣａと、検出コイルＣｂとからなる。励磁コイルＣａは、交流電圧の印加を受けて、外部に磁力線を発する。検出コイルＣｂは、励磁コイルＣａの発した磁力線を受けて、相互誘導作用による電圧を生じる。そこで、励磁コイルＣａと、検出コイルＣｂとの組合せ数であるｎＣ２通りの電圧値を計測し、計測した電圧値に基づいて、柱状部材２内部の配筋出来形の状態をデジタルデータとして取得する。例えば、コイルＣが１２個あれば、６６通りの電圧値が得られる。各電圧値を計測する際に、発電側の励磁コイルＣａと、受電側の検出コイルＣｂとの組合せを切り換えるには、スイッチング回路（切換回路）を用いる。【選択図】図１
2011069667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に金属物体が存在する部材の外面に沿って複数設置された、交流電圧が印加されることにより磁界を発生する励磁コイルと、前記磁界を受けて誘導電圧を生ずる検出コイルとを用いて、前記部材の内部にある金属物体を認識する金属物体認識方法であって、
前記部材の内部を複数の空間領域に分割し、分割した前記空間領域のうち、空間領域を１つずつ順次選択して（１）及び（２）を実行するステップと、
（１）選択した１の空間領域に前記金属物体を配置する、
（２）前記励磁コイル及び前記検出コイルの各組合せを用いて、１の前記励磁コイルに交流電圧を印加した際に、１の前記検出コイルに発生する誘導電圧を計測する、
前記空間領域ごとに前記金属物体を配置して前記誘導電圧を計測した結果に基づいて、前記空間領域の透磁率から前記誘導電圧を算出する感度関数を計算するステップと、
前記部材と同じ材質を有し、内部に前記金属物体と同じ材質の金属物体を含む部材に対して、前記励磁コイル及び前記検出コイルの各組合せを用いて、前記誘導電圧を計測するステップと、
前記感度関数と、計測した前記誘導電圧とに基づいて、前記空間領域の透磁率を計算するステップと、
前記空間領域の透磁率に基づいて、当該部材の内部において当該金属物体が存在する前記空間領域を特定するステップと、
を実行することを特徴とする金属物体認識方法。
【請求項２】
内部に金属物体が存在する部材の外面に沿って複数設置された、交流電圧が印加されることにより磁界を発生する励磁コイルと、前記磁界を受けて誘導電圧を生ずる検出コイルとを用いて、前記部材の内部にある金属物体を認識する金属物体認識方法であって、
前記部材の内部をｎ個の空間領域に分割し、分割した前記空間領域のうち、１の空間領域を順次選択して（１）及び（２）を実行するステップと、
（１）選択した１の空間領域に前記金属物体を配置する、
（２）前記励磁コイル及び前記検出コイルのｍ個の各組合せを用いて、１の前記励磁コイルに交流電圧を印加した際に、１の前記検出コイルに発生するｍ個の誘導電圧を計測する、
ｎ個の前記空間領域ごとに前記金属物体を配置してｍ個の前記誘導電圧を計測した結果を用いた「誘導電圧の行列Ｖ（ｍ×１）＝空間領域の透磁率から誘導電圧を算出する感度関数の行列Ｓ（ｍ×ｎ）・空間領域の透磁率の行列μ（ｎ×１）」のｎ個の式に基づいて、行列Ｓの各要素Ｓｉｊ（ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ）を計算するステップと、
前記部材と同じ材質を有し、内部に前記金属物体と同じ材質の金属物体を含む部材に対して、前記励磁コイル及び前記検出コイルのｍ個の各組合せを用いて、ｍ個の前記誘導電圧を計測するステップと、
前記感度関数の行列Ｓの転置行列ＳＴ（ｎ×ｍ）・前記誘導電圧の行列Ｖ’（ｍ×１）を計算することにより、前記空間領域の透磁率の行列μ’（ｎ×１）を算出するステップと、
行列μ’の各要素の値に応じて、対応する各空間領域に色を付けて画像表示するステップと、
を実行することを特徴とする金属物体認識方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の金属物体認識方法であって、
前記部材は、柱状部材であり、
前記金属物体は、前記柱状部材に埋設された鉄筋であり、
前記励磁コイル及び前記検出コイルは、前記柱状部材の外周に設置される
ことを特徴とする金属物体認識方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の金属物体認識方法であって、
前記部材は、柱状部材であり、
前記金属物体は、前記柱状部材に埋設された鉄筋であり、
前記励磁コイル及び前記検出コイルは、前記柱状部材の軸方向に、かつ、軸を挟んで設置される
ことを特徴とする金属物体認識方法。
【請求項５】
部材の外面に沿って設置され、前記部材の内部に存在する金属物体を認識する金属物体認識装置であって、
交流電圧の印加を受けて磁界を発する励磁コイルと、
前記磁界を受けて誘導電圧を生ずる検出コイルと、
を備え、
前記励磁コイル及び前記検出コイルを結ぶ線が、前記部材の内部が複数に分割された各空間領域を通過するように、前記励磁コイル及び前記検出コイルが設置される
ことを特徴とする金属物体認識装置。
【請求項６】
請求項５に記載の金属物体認識装置であって、
前記部材の周囲に万遍なく設置され、前記励磁コイル及び前記検出コイルが一対になったセットと、
一時に前記交流電圧を印加すべき１の前記励磁コイルと、その際に前記誘導電圧を計測すべき１の前記検出コイルとの組合せを順次切り換える切換回路と、
をさらに備えることを特徴とする金属物体認識装置。
【請求項７】
請求項６に記載の金属物体認識装置であって、
前記切換回路は、
１の電圧源、第１の選択制御入力及び複数の前記励磁コイルに接続され、前記第１の選択制御入力に応じて１の前記励磁コイルを特定し、当該励磁コイルに対して前記電圧源により前記交流電圧を印加するデマルチプレクサと、
複数の前記検出コイル、第２の選択制御入力及び１の電圧計に接続され、前記第２の選択制御入力に応じて１の前記検出コイルを特定し、当該検出コイルの前記誘導電圧を前記電圧計に出力するマルチプレクサと、
を備えることを特徴とする金属物体認識装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互誘導作用により発生するコイルの電圧を計測することにより、部材の内部にある金属物体を認識する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート構造物の鉄筋に係る工事は、構造物の構造耐力に大きく影響し、かつ、完成した後で確認・修正を行うことが非常に難しい。そのため、検査及び工事写真の撮影を頻繁に実施する必要があり、多くの時間がかかる業務になっていた。
【０００３】
工事写真の撮影に際しては、撮影対象と、関連情報（日時、撮影場所、撮影部位、設計情報、部材情報等）とを紐付ける手段として、その関連情報を黒板に記述し、撮影対象とともに同一写真内に収めていた。このような記述作業や、それに係る出来形の確認作業には、膨大な時間がかかる。
【０００４】
また、工場生産品であるプレキャスト部材についても、コンクリート打設前に同様の検査及び記録が必要であった。その上、建設現場における部材組立時に不具合が出ないように、コンクリート打設後にも、接合部の鉄筋位置の精度を最終的に検査する必要があった。この検査においては、全ての鉄筋の柱内位置を巻尺により±３ｍｍ程度の精度で計測しており、多大な時間を費やしていた。
【０００５】
既往の機械的鉄筋検査の技術としては、例えば、相互誘導作用による電圧変化を検知するセンサ（誘導センサ）により、コンクリート内部の鉄筋位置を非破壊で計測する装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４１８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、大量の工事写真の中には、黒板に記述された情報と、図面に記載された情報とが相違する場合がある。このような場合、情報の相違が単なる記述ミスによるものなのか、実際に配筋出来形が誤っているのかを確認しなければならない。また、上記のような工事写真では、写真中に縮尺の基準となるロッドを入れるのが一般的であるが、このロッドと比較して全ての鉄筋の径や配筋間隔をｍｍ単位で読み取ることは不可能である。また、黒板の情報が正しかったとしても、実際の配筋出来形と異なる情報が記述されている可能性は否定しきれず、客観的な正当性を証明するデータとしては不十分であった。
【０００８】
一方、特許文献１をはじめとする、従来の誘導センサ式鉄筋位置計測装置は、限られた範囲（例えば、壁一面のうち１ｍ２）を計測対象とするので、１つの部材の内部全体に亘る配筋出来形を簡易に計測することは不可能であった。また、従来の装置では、１箇所のコイルから出した磁束を同じ箇所のコイルで検知することにより、部材の表面から鉄筋までの一次元の距離を測定するので、表面付近にある鉄筋しか検出できず、表面（外周）付近にある主筋の影響を受けるため、その内側にある主筋や中子筋等の鉄筋を捕捉することはできなかった。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、部材内部の金属物体を外部から簡易に把握することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、内部に金属物体が存在する部材の外面に沿って複数設置された、交流電圧が印加されることにより磁界を発生する励磁コイルと、前記磁界を受けて誘導電圧を生ずる検出コイルとを用いて、前記部材の内部にある金属物体を認識する金属物体認識方法であって、前記部材の内部を複数の空間領域に分割し、分割した前記空間領域のうち、空間領域を１つずつ順次選択して（１）及び（２）を実行するステップと、（１）選択した１の空間領域に前記金属物体を配置する、（２）前記励磁コイル及び前記検出コイルの各組合せを用いて、１の前記励磁コイルに交流電圧を印加した際に、１の前記検出コイルに発生する誘導電圧を計測する、前記空間領域ごとに前記金属物体を配置して前記誘導電圧を計測した結果に基づいて、前記空間領域の透磁率から前記誘導電圧を算出する感度関数を計算するステップと、前記部材と同じ材質を有し、内部に前記金属物体と同じ材質の金属物体を含む部材に対して、前記励磁コイル及び前記検出コイルの各組合せを用いて、前記誘導電圧を計測するステップと、前記感度関数と、計測した前記誘導電圧とに基づいて、前記空間領域の透磁率を計算するステップと、前記空間領域の透磁率に基づいて、当該部材の内部において当該金属物体が存在する前記空間領域を特定するステップと、を実行することを特徴とする。
【００１１】
この方法によれば、まず、各空間領域に金属物体を配置して誘導電圧を計測することにより、部材の内部の材質及び金属物体に係る感度関数を求める。次に、材質の同じ部材の外部において誘導電圧を計測し、その計測した誘導電圧と、感度関数とに基づいて、空間領域の透磁率を計算する。そして、その計算した空間領域の透磁率により、金属物体が存在する空間領域を特定する。以上によれば、部材内部の金属物体を外部から簡易に認識することができる。さらに、励磁コイルと検出コイルの組合せ数及び空間領域の分割数を大量に、かつ、適宜配置して、空間解像度を上げることにより、部材の内部にある金属物体の位置及び形状を精確に把握することができる。
【００１２】
また、本発明は、内部に金属物体が存在する部材の外面に沿って複数設置された、交流電圧が印加されることにより磁界を発生する励磁コイルと、前記磁界を受けて誘導電圧を生ずる検出コイルとを用いて、前記部材の内部にある金属物体を認識する金属物体認識方法であって、前記部材の内部をｎ個の空間領域に分割し、分割した前記空間領域のうち、１の空間領域を順次選択して（１）及び（２）を実行するステップと、（１）選択した１の空間領域に前記金属物体を配置する、（２）前記励磁コイル及び前記検出コイルのｍ個の各組合せを用いて、１の前記励磁コイルに交流電圧を印加した際に、１の前記検出コイルに発生するｍ個の誘導電圧を計測する、ｎ個の前記空間領域ごとに前記金属物体を配置してｍ個の前記誘導電圧を計測した結果を用いた「誘導電圧の行列Ｖ（ｍ×１）＝空間領域の透磁率から誘導電圧を算出する感度関数の行列Ｓ（ｍ×ｎ）・空間領域の透磁率の行列μ（ｎ×１）」のｎ個の式に基づいて、行列Ｓの各要素Ｓｉｊ（ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ）を計算するステップと、前記部材と同じ材質を有し、内部に前記金属物体と同じ材質の金属物体を含む部材に対して、前記励磁コイル及び前記検出コイルのｍ個の各組合せを用いて、ｍ個の前記誘導電圧を計測するステップと、前記感度関数の行列Ｓの転置行列ＳＴ（ｎ×ｍ）・前記誘導電圧の行列Ｖ’（ｍ×１）を計算することにより、前記空間領域の透磁率の行列μ’（ｎ×１）を算出するステップと、行列μ’の各要素の値に応じて、対応する各空間領域に色を付けて画像表示するステップと、を実行することを特徴とする。
【００１３】
この方法によれば、まず、各空間領域に金属物体を配置して誘導電圧を計測することにより、部材の内部の材質及び金属物体に係る感度関数の行列Ｓを求める。次に、材質の同じ部材の外部において誘導電圧を計測し、その計測した誘導電圧の行列Ｖ’と、感度関数の行列Ｓの転置行列ＳＴとに基づいて、空間領域の透磁率の行列μ’を計算する。そして、その計算した空間領域の透磁率の行列μ’により、金属物体が存在する空間領域を特定する。以上によれば、部材内部の金属物体を外部から簡易に認識することができる。さらに、励磁コイルと検出コイルの組合せ数及び空間領域の分割数を大量に、かつ、適宜配置して、空間解像度を上げることにより、部材の内部にある金属物体の位置及び形状を精確に把握することができる。そして、透磁率μ’の値に応じて空間領域に色を付けて画像として表示するので、金属物体の位置及び形状を視覚的に認識することができる。
【００１４】
また、本発明は、上記金属物体認識方法であって、前記部材が、柱状部材であり、前記金属物体が、前記柱状部材に埋設された鉄筋であり、前記励磁コイル及び前記検出コイルが、前記柱状部材の外周に設置されることとしてもよい。
【００１５】
この方法によれば、柱状部材の内部において柱状部材の軸方向に配置された外側主筋や内側主筋を認識することができる。これによれば、客観的な配筋出来形のデータを柱状部材ごとに簡便に取得でき、工事中や工事後に確実に配筋の状態を残しておき、事後に鉄筋径や配筋間隔を確認することができる。
【００１６】
また、本発明は、上記金属物体認識方法であって、前記部材が、柱状部材であり、前記金属物体が、前記柱状部材に埋設された鉄筋であり、前記励磁コイル及び前記検出コイルが、前記柱状部材の軸方向に、かつ、軸を挟んで設置されることとしてもよい。
【００１７】
この方法によれば、柱状部材の内部において柱状部材の軸方向に対して垂直に配置されたせん断補強筋や中子筋を認識することができる。これによれば、客観的な配筋出来形のデータを柱状部材ごとに簡便に取得でき、工事中や工事後に確実に配筋の状態を残しておき、事後に鉄筋径や配筋間隔を確認することができる。
【００１８】
また、本発明は、部材の外面に沿って設置され、前記部材の内部に存在する金属物体を認識する金属物体認識装置であって、交流電圧の印加を受けて磁界を発する励磁コイルと、前記磁界を受けて誘導電圧を生ずる検出コイルと、を備え、前記励磁コイル及び前記検出コイルを結ぶ線が、前記部材の内部が複数に分割された各空間領域を通過するように、前記励磁コイル及び前記検出コイルが設置されることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、励磁コイル及び検出コイルを結ぶ線が各空間領域を通過するので、各空間領域の透磁率に応じた誘導電圧を計測することができる。
【００２０】
また、本発明は、上記金属物体認識装置において、前記部材の周囲に万遍なく設置され、前記励磁コイル及び前記検出コイルが一対になったセットと、一時に前記交流電圧を印加すべき１の前記励磁コイルと、その際に前記誘導電圧を計測すべき１の前記検出コイルとの組合せを順次切り換える切換回路と、をさらに備えることとしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、切換回路を用いることにより、各空間領域の透磁率に応じた誘導電圧を順次計測することができる。
【００２２】
また、本発明は、上記金属物体認識装置において、前記切換回路が、１の電圧源、第１の選択制御入力及び複数の前記励磁コイルに接続され、前記第１の選択制御入力に応じて１の前記励磁コイルを特定し、当該励磁コイルに対して前記電圧源により前記交流電圧を印加するデマルチプレクサと、複数の前記検出コイル、第２の選択制御入力及び１の電圧計に接続され、前記第２の選択制御入力に応じて１の前記検出コイルを特定し、当該検出コイルの前記誘導電圧を前記電圧計に出力するマルチプレクサと、を備えることとしてもよい。
【００２３】
この構成によれば、選択制御入力に応じて、交流電圧を印加すべき励磁コイルと、その際に誘導電圧を計測すべき検出コイルとを特定することができる。これによれば、選択制御入力の値を適宜設定することにより、１の励磁コイルと、１の検出コイルとの組合せを順次切り換えることができる。そして、１の電圧源及び１の電圧計により、励磁コイルと、検出コイルとの各組合せに係る誘導電圧を効率よく安価に計測することができる。
【００２４】
その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、部材内部の金属物体を外部から簡易に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】柱状部材を囲う計測装置の構成を示す図であり、（ａ）は柱状部材を囲う計測装置のイメージを示し、（ｂ）は計測装置のコイル間の相互誘導関係のイメージを示す。
【図２】電圧の計測結果による配筋状況のイメージを示す図である。
【図３】計測装置の着脱方式を示す図であり、（ａ）は片側開閉式を示し、（ｂ）は分離式を示す。
【図４】コイル及び処理回路の実施例を示す図であり、（ａ）はコイル及び処理回路の構成例を示し、（ｂ）はコイルの回路図を示す。
【図５】計測装置の実施例を示す図であり、（ａ）は計測装置の構成例を示し、（ｂ）は計測装置の計測領域の例を示す。
【図６】計測装置の実施例を示す図であり、（ａ）はデマルチプレクサ及びマルチプレクサを用いた計測装置の構成例を示し、（ｂ）はマルチプレクサの構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施の形態に係る計測装置（金属物体認識装置）は、部材の外側に複数個のコイルを配置し、コイルのうち、各励磁コイルの発する磁界により各検出コイルに生じる電圧に基づいて、部材の内部にある金属物体の状態をデジタルデータとして取得するものである。これによれば、部材内部の金属物体を外部から簡易に把握することができる。以下では、コンクリート等を材料とする柱や梁のような細長い部材である柱状部材を例にして、その内部に埋設された鉄筋を計測する際の実施の形態を説明する。なお、計測対象となる金属物体としては、鉄筋の他に、鉄骨や配管等、金属製の建築部材がある。
【００２８】
≪装置の構成≫
図１は、柱状部材を囲う計測装置の構成を示す図である。図１（ａ）は、柱状部材を囲う計測装置のイメージを示す。計測装置１は、柱状部材２の内部にある鉄筋の出来形をデジタルデータとして取得する装置であり、第１計測部１１と、第２計測部１２とからなる。第１計測部１１は、内部を計測する対象となる柱状部材２を囲うように設置される。柱状部材２の内部には、柱状部材２を補強するための鉄筋として、外側主筋３、せん断補強筋４及び内側主筋５が配設される。外側主筋３は、柱状部材２の外周付近において柱状部材２の軸方向に配され、曲げ力に対する補強を目的とする。せん断補強筋４は、外側主筋３を囲むように柱状部材２の軸方向に対して垂直に配され、せん断力に対する補強を目的とする。内側主筋５は、外側主筋３より内部において柱状部材２の軸方向に配され、外側主筋３と同様に曲げ力に対する補強を目的とする。その他の鉄筋としては、両端を曲げて向い合う２つの外側主筋３に引っ掛けておくようにした中子筋等がある。第２計測部１２は、せん断補強筋４や中子筋（図示せず）を把握すべく、柱状部材２を挟んで向かい合うように柱状部材２の軸方向に沿って設置される。
【００２９】
図１（ｂ）は、計測装置のコイル間の相互誘導関係のイメージを示す。計測装置１の第１計測部１１には、その各辺に沿ってｎ個のコイルＣが所定間隔で配置される。コイルＣは、励磁コイルＣａと、検出コイルＣｂとが一対になったセットである。励磁コイルＣａは、交流電圧が印加されることにより、磁力線を発生する。検出コイルＣｂは、励磁コイルＣａ（対となる励磁コイルＣａのみならず、他の励磁コイルＣａを含む）が発生した磁力線を受けて、相互誘導作用により電圧を生じる。そこで、各検出コイルＣｂが発生した電圧について、励磁コイルＣａと、検出コイルＣｂとの組合せ数であるｎＣ２通りの電圧値を計測し、計測した各電圧値に基づいて、柱状部材２内部の配筋出来形の状態をデジタルデータとして取得する。例えば、コイルＣが１２個あれば、１２Ｃ２＝１２×１１／２＝６６通りの電圧値が得られる。各電圧値を計測する際に、発電側の励磁コイルＣａと、受電側の検出コイルＣｂとの組合せを切り換えるために、スイッチング回路（切換回路）を用いる。その際、励磁コイルＣａと、検出コイルＣｂとの組合せ（２つのコイルの位置）が設定された場合、同じ２つの位置で励磁コイルＣａと、検出コイルＣｂとを逆にした組合せも原理的には等価になるので、逆の組合せで計測する必要はない。配筋出来形の計測方法及びスイッチング回路の詳細は、後記する。なお、計測装置１の第２計測部１２についても、上記と同様に、向い合った２つの部分に沿ってｎ個のコイルＣを所定間隔で配置した構成により、電圧値を計測する。
【００３０】
図２は、電圧の計測結果による配筋状況のイメージを示す図である。計測装置１を用いた鉄筋の計測方法では、空気中、コンクリート中、木製型枠中等に応じて計算式（柱状部材２の材質の透磁率）を変えて計算を行う。これにより、鉄筋コンクリート工事の各段階、プレキャスト部材製作の各段階等において、外側主筋３等の鉄筋が配置されている柱状部材２の材質が異なったとしても、その材質に対応した配筋出来形の計測が可能である。
【００３１】
図３は、計測装置の着脱方式を示す図である。柱状部材２を囲い込む計測装置１の着脱方式には、片側開閉式及び分離式（解体組立式ともいう）がある。図３（ａ）に示す片側開閉式では、計測装置１が２つの部分に分かれていて、その２つの部分の端部同士が接続点１３を支点として開閉可能に接続されている。図３（ｂ）に示す分離式では、計測装置１が２つの部分に分かれていて、その２つの部分が完全に分離されているので、柱状部材２に設置する場合には、組立てる必要がある。なお、いずれの着脱方式であっても、せん断補強筋４のピッチを計測するために、外側主筋３の軸方向にも複数のコイルＣを設置する。
【００３２】
≪計測原理の詳細≫
◇金属の存在を検知する原理◇
励磁コイルＣａに電流を流すと、励磁コイルＣａ内に一次磁場が発生する。一次磁場付近に金属がある場合、導体である金属の表面を一次磁場の一部の磁力線が貫き、その貫いた磁力線が変化するために金属内に渦電流が発生し、この渦電流によって二次磁場が発生する。そして、一次磁場付近に検出コイルＣｂがある場合、一次磁場の磁力線により検出コイルＣｂに誘導電圧が発生し、さらに、その誘導電圧により検出コイルＣｂから磁界を発生する。その場合、金属内の渦電流により検出コイルＣｂの磁界が打ち消されるため、金属がない場合よりも検出コイルＣｂのインダクタンスは大きくなる。その結果として、金属が検出コイルＣｂの近くに存在するとき、検出コイルＣｂの起電力Ｖは、金属がないときと比べて大きくなる。
【００３３】
◇透磁率◇
以上のことから、検出コイルＣｂの起電力Ｖの大きさと、金属位置の分布との関係が存在することが分かる。ここで、金属の透磁率は空気の透磁率よりかなり大きいので、金属位置の分布は、透磁率の分布により推定することができる。透磁率はμで表され、単位は［Ｈｍ−１］＝［Ｎ／Ａ２］である。透磁率μは、磁場（磁界）の強さＨ［Ａ／ｍ］＝［Ｎ／Ｗｂ］と、磁束密度Ｂ［Ｔ］＝［Ｗｂ／ｍ２］＝［Ｎ／Ａｍ］との間の関係を表わした時の比例定数であり、次の式１で表わされる。  
Ｂ＝μＨ      ・・・式１
真空の透磁率μ０との比μr＝μ／μ０を比透磁率という。鉄筋を検出するに際して、鉄の比透磁率は５０００であり、空気の比透磁率である１．００００００４と比較するとかなり大きな値である。これによると、μの値が大きい場所に鉄筋があることが分かる。また、鉄の透磁率はコンクリートに比べても桁違いに大きいので、コンクリート内部の鉄筋に関しても、μの値が大きい場所に鉄筋があると言える。
【００３４】
◇透磁率分布を計算するための基本行列式◇
続いて、各検出コイルＣｂに生じる電圧から透磁率分布を計算する方法を説明する。
【００３５】
計測領域における支配方程式は、マックスウェル方程式であり、次の式２の通りにかける。  
2011069667.tif 000003
【００３６】
ここで、電気伝導度分布σ（ｘ，ｙ）［Ｓｍ−１］、jは虚数、ε０とεｒは真空の誘電率［Ｆｍ−１］と比誘電率［−］、印加する交流の角周波数ω、透磁率分布μ（ｘ，ｙ）［Ｈｍ−１］＝［Ｎ／Ａ２］、磁束密度分布Ｂ（ｘ，ｙ）［Ｔ］＝［Ｗｂ／ｍ２］である。計測領域にある金属の誘電率を無視し、電気伝導度分布を無視し、表皮効果による表皮深さが非常に小さいと仮定すると、式２は次の式３の通りとなる。  
2011069667.tif 000004
式３を離散化して、透磁率分布μ（ｘ，ｙ）及び磁束密度分布Ｂ（ｘ，ｙ）の空間上のすべての分布を感度関数と仮定して、感度関数行列Ｓｅを求める。
【００３７】
これにより、検出コイルＣｂの起電力行列Ｖと透磁率分布行列μとの関係は、
2011069667.tif 000005
となる。ここで、ｎは起電力測定個数、ｍは空間解像度である。そこで、予めＳｅを計算又は実験により求めておき、検出コイルＣｂの起電力行列Ｖを測定し、透磁率分布行列μを計算により求める。例えば、ｎ＝４のときは、次の式５の通りとなる。  
2011069667.tif 000006
【００３８】
このようにｎ＝４の場合、Ｖは４×１行列、感度関数Ｓｅは４×ｉ行列、透磁率μはｉ×１行列になる。なお、ｉは画像の解像度に応じた（画素数を示す）値であり、例えば、８×８の解像度で画像化する際には、ｉ＝８×８＝６４となる。また、感度関数Ｓｅは、空間を分割した際の各分割領域における透磁率μから、励磁コイルＣａと、検出コイルＣｂとの組合せによる電圧の測定値Ｖを算出する関数である。
【００３９】
Ｓｅは、正方行列ではなく、逆行列Ｓｅ−１が存在しないので、ＬＢＰ（Liner Back Projection）法やＧＶＳＰＭ（Generalized Vector Sampled Pattern Matching）法等の公知のアルゴリズムを用いて透磁率μを計算する。そして、計算した透磁率μにより、金属の位置を画像化する。また、μの近似解を求めるために、Ｓｅの転置行列ＳｅＴを用いる。  
μ＝ＳｅＴ・Ｖ  ・・・式６
Ｓｅを転置するとｉ×４行列になり、その転置行列ＳｅＴを用いた式６を計算すると、ｉ個のμが求められる。そして、各分轄領域に対応するμの値と、金属棒の透磁率との大小関係により金属棒の位置を判別することができる。すなわち、ある分割領域のμの値が金属棒の透磁率±α（α：所定値）の範囲内にあれば、そのμの分割領域に金属棒があると判断することができる。
【００４０】
≪実施例：行列Ｓｅの求め方≫
次に、実施例により行列Ｓｅの求め方を説明する。  
図４は、コイル及び処理回路の実施例を示す図である。図４（ａ）は、コイル及び処理回路の構成例を示す。コイルＣは、励磁コイルＣａと、検出コイルＣｂとからなり、それぞれが処理回路Ｄに接続される。処理回路Ｄは、励磁コイルＣａに交流電圧を印加し、検出コイルＣｂに発生する電圧を計測する。図４（ｂ）は、コイルの回路図を示す。
【００４１】
図５は、計測装置の実施例を示す図である。図５（ａ）は、計測装置の構成例を示す。計測装置１０には、４個のコイルＣ１〜Ｃ４が上下左右対称に設置され、コイルＣ１と、Ｃ３との間、及び、コイルＣ２と、Ｃ４との間には１２ｃｍの間隔が空けられている。そして、各コイルＣ１〜Ｃ４にそれぞれ処理回路Ｄ１〜Ｄ４が接続されている。コイルＣ１〜Ｃ４で囲まれた部分（１２ｃｍ×１２ｃｍの矩形）が、計測領域として用いられる。
【００４２】
図５（ｂ）は、計測装置の計測領域の例を示す。行列Ｓｅを求める際に、まず、図５（ｂ）に示すように、計測装置１０のコイルＣ１〜Ｃ４で囲まれた計測領域を１６個に分割する。次に、分割した１個の場所に１本の金属ロッド（例えば、直径２５［ｍｍ］）を設置し、その時に各処理回路Ｄ１〜Ｄ４により、各コイルＣ１〜Ｃ４の励磁コイルＣａに交流電圧（例えば、０．９［Ｖ］）を印加し、検出コイルＣｂに発生する電圧を計測する。その４つの電圧の計測を、１〜１６の各場所に金属ロッドを設置しながら行う。
【００４３】
１本の金属ロッドを１個の場所に設置したときの計測に対応して、式５（ｉ＝１６）が得られる。ここで、Ｖ１〜Ｖ４は、各コイルＣ１〜Ｃ４の計測電圧である。μ１〜μ１６は、１〜１６の各場所の透磁率であり、金属ロッドが設置された１個の場所は、その金属ロッドの透磁率になり、金属ロッドが設置されていない１５個の場所は、空気の透磁率になる。そして、１〜１６の各場所に金属ロッドを設置しながら計測を行うので、１６個の式５が得られる。これにより、例えば、行列Ｓｅの第１行の各要素Ｓ１ｉ（ｉ＝１〜１６）については、式７の方程式が１６個得られるので、その連立方程式を解くことにより、各要素Ｓ１ｉが求められる。行列Ｓｅの第２行〜第４行の各要素についても同様である。  
Ｖ１＝Ｓ１，１・μ１＋Ｓ１，２・μ２＋・・・＋Ｓ１，１６・μ１６  ・・・式７
【００４４】
以上により、計測装置１０に係る感度関数行列Ｓｅ（４×１６）を求めることができる。感度関数行列Ｓｅは、部材の内部の形状、大きさと材質及び金属ロッドの材質に固有である。従って、感度関数行列Ｓｅを用いて金属ロッドの場所を特定する際には、感度関数行列Ｓｅを求めたときと同じ形状、同じ大きさと同じ材質の部材の内部にある、感度関数行列Ｓｅを求めたときと同じ材質の金属ロッドが対象になる。ただし、感度関数行列Ｓｅを求めたときと材質が同じであるが、必ずしも形状と大きさが同じでない部材の内部にある、同じ材質の金属ロッドが対象の場合にも、縮小模型を用いた事前計測やコンピュータ解析等により感度関数の補正ができるとき、又は、金属ロッドの大体の場所を把握すればよいときには、感度関数行列Ｓｅを利用することができる。
【００４５】
≪実施例：行列Ｓｅを用いた計測≫
部材内の鉄筋の場所を特定する際には、まず、部材の周囲に各コイルＣ１〜Ｃ４及び各処理回路Ｄ１〜Ｄ４を含む計測装置１０を設置する。次に、各コイルＣ１〜Ｃ４により電圧を計測する。そして、先に求めた感度関数行列Ｓｅを式６に適用することにより、４つの計測電圧Ｖ１〜Ｖ４から１６個の透磁率μ１〜μ１６を算出する。算出した１６個の透磁率μ１〜μ１６のうち、鉄の透磁率により近いものの添え字が、鉄筋の存在場所の番号になる。
【００４６】
実際に鉄筋の位置及び形状を１ｍｍ単位で精確に把握するには、励磁コイルＣａ及び検出コイルＣｂの組合せの数を大量に増やすとともに、計測領域全体を例えば１ｍｍ×１ｍｍの矩形に分割する。次に、計測対象の鉄筋を各矩形内に設置し、コイルの組合せの数だけ電圧を計測することにより、計測電圧の数と、分割した矩形の数とに係る感度関数行列Ｓｅを求める。この際、自動で鉄筋を各矩形内に移動させながら、コイルの組合せを切り換えつつ、全組合せの電圧を計測する装置を用いて、実験的、機械的に求めるものとする。
【００４７】
そして、実際の計測対象に対して電圧を計測し、転置行列ＳｅＴと、計測した電圧Ｖの行列とを掛け合わせて透磁率μの行列（矩形の数×１）を算出する。鉄筋の形状を画像として表示する際には、透磁率が金属の透磁率±α（α：所定値）の範囲内にある矩形を黒色とし、透磁率が当該範囲外にある（むしろ柱状部材の透磁率に近い）矩形を白色とすることにより、図２に示すような鉄筋の形状がデジタルイメージとして表れてくる。
【００４８】
なお、上記の実施例は、図１に示す計測装置１の第１計測部１１及び第２計測部１２の両方に応用することができる。
【００４９】
≪実施例：切換回路の詳細≫
続いて、計測装置１における励磁コイルＣａと、検出コイルＣｂとの組合せを切り換える方法について説明する。
【００５０】
図６は、計測装置の実施例を示す図である。図６（ａ）は、デマルチプレクサ及びマルチプレクサを用いた計測装置の構成例を示す。計測装置１は、電圧源ＶＳ、デマルチプレクサＤＰ、励磁コイルＣａ、検出コイルＣｂ、マルチプレクサＭＰ及び電圧計ＶＴを備える。電圧源ＶＳは、デマルチプレクサＤＰに交流電圧を供給する。デマルチプレクサＤＰは、電圧源ＶＳ、選択制御入力及び複数の励磁コイルＣａに接続され、選択制御入力の値に従って電圧源ＶＳからの交流電圧をいずれか１個の励磁コイルＣａに印加する。励磁コイルＣａは、複数設置されるが、デマルチプレクサＤＰにより、一時にはいずれか１個の励磁コイルＣａに電圧源ＶＳから交流電圧が印加される。これによれば、１個の電圧源ＶＳで済む。そして、どの励磁コイルＣａに交流電圧を印加するかは、デマルチプレクサＤＰへの選択制御入力により特定される。
【００５１】
検出コイルＣｂは複数設置され、それぞれが、交流電圧の印加されたいずれか１個の励磁コイルＣａにより磁界を受けて、電圧を発生させる。マルチプレクサＭＰは、複数の検出コイルＣｂ、選択制御入力及び電圧計ＶＴに接続され、選択制御入力の値に従っていずれか１個の検出コイルＣｂの電圧を電圧計ＶＴに出力する。すなわち、複数の検出コイルＣｂから電圧を入力するが、どの検出コイルＣｂの電圧を出力するかは、選択制御入力により特定される。電圧計ＶＴは、マルチプレクサＭＰから出力された１個の検出コイルＣｂの電圧を計測する。これによれば、１個の電圧計ＶＴで済む。
【００５２】
図６（ｂ）は、マルチプレクサの構成例を示す。マルチプレクサＭＰは、１６個の入力ＩＮ１〜ＩＮ１６に対して、１個の出力ＯＵＴを送り出す。いずれの入力を送り出すかは、選択制御入力Ａ０〜Ａ３（Ａｌ＝０又は１［ｌ＝０〜３］）の値によって特定される。なお、デマルチプレクサＤＰの構成は、図６（ｂ）のマルチプレクサＭＰにおけるＩＮと、ＯＵＴとを逆にした構成と考えればよい。
【００５３】
以上の構成によれば、デマルチプレクサＤＰへの選択制御入力により、電圧源ＶＳの交流電圧を印加すべき励磁コイルＣａを切り換えるとともに、マルチプレクサＭＰへの選択制御入力により、電圧計ＶＴに電圧を出力すべき検出コイルＣｂを切り換えることにより、電圧源ＶＳ及び電圧計Ｖを含む信号処理回路を１つで済ますことができる。
【００５４】
以上説明した本発明の実施の形態によれば、外部から簡便な作業で柱状部材２ごとの客観的な配筋出来形のデジタルデータを取得できるので、工事中や工事後にも確実に配筋の状態を残しておき、事後に鉄筋径や配筋間隔を確認することができる。柱状部材２単位に一括した計測が可能なので、計測作業の効率化、省力化を図ることができる。
【００５５】
次に、関連情報のうち、配筋出来形に関するものは、自動的に取得できるので、黒板に記述する必要がなくなる。取得された情報は、自動的、機械的なものなので、客観的に正当性が証明されたデータとして十分に活用できる。
【００５６】
そして、励磁コイルＣａと検出コイルＣｂの組合せ数及び柱状部材２内部の空間領域の分割数を大量にして、空間解像度を上げることにより、配筋の位置及び形状を精確に把握することができる。例えば、コイルＣの組合せを増やして大量の走査線（すなわち、相互誘導関係）を設定することにより、柱状部材２の外周付近にある外側主筋３を通らない走査線が外側主筋３より内側の空間を貫くので、外側主筋３よりさらに内側にある内側主筋５等の鉄筋を捕捉することが可能になる。これによれば、対象とする柱状部材２内部の状態が多様化した場合であっても、汎用的に対応可能である。
【００５７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００５８】
例えば、上記実施形態では柱や梁等の柱状部材を対象としたが、これに限らず、壁を対象として、その表面に沿ってコイルを配置することにより、壁内の鉄筋等の金属物体を認識することも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１      計測装置（金属物体認識装置）
２      柱状部材（部材）
３      外側主筋（金属物体）
４      せん断補強筋（金属物体）
５      内側主筋（金属物体）
Ｃ      コイル（セット）
Ｃａ    励磁コイル
Ｃｂ    検出コイル
ＤＰ    デマルチプレクサ
ＭＰ    マルチプレクサ
ＶＳ    電圧源
ＶＴ    電圧計
【図２】
2011069667.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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