(57)【要約】【課題】接触材料に少なくとも部分的に接触された周面を有する線状体に生じた異常を感度よく検知することを可能にする技術を提供することを目的とする。【解決手段】本出願は、線状体と、前記線状体の周面の少なくとも一部に接触する接触材料と、を有する線状部材に生じた異常を検知する異常検知方法を開示する。異常検知方法は、前記線状体の端部から超音波を送信し、前記線状体の内部での前記超音波の反射の結果生じた超音波エコーを受信する工程と、前記超音波エコーの強度に応じて時間変動する信号強度を有するエコー信号を生成する工程と、前記エコー信号を複数の時間区分に分割し、前記複数の時間区分それぞれについて前記エコー信号の信号強度の変化率を解析する工程と、前記複数の時間区分の中で特異的な変化率が現れる時間区分が存在するか否かを表す解析結果を出力する工程と、を備える。【選択図】図１
2019032193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状体と、前記線状体の周面の少なくとも一部に接触する接触材料と、を有する線状部材に生じた異常を検知する異常検知方法であって、
前記線状体の端部から超音波を送信し、前記線状体の内部での前記超音波の反射の結果生じた超音波エコーを受信する工程と、
前記超音波エコーの強度に応じて時間変動する信号強度を有するエコー信号を生成する工程と、
前記エコー信号を複数の時間区分に分割し、前記複数の時間区分それぞれについて前記エコー信号の信号強度の変化率を解析する工程と、
前記複数の時間区分の中で特異的な変化率が現れる時間区分が存在するか否かを表す解析結果を出力する工程と、を備える
異常検知方法。
【請求項２】
前記変化率を解析する前記工程は、
（ｉ）時間軸と、前記信号強度を表す強度軸と、によって定義される座標空間内で表された前記エコー信号の信号波形を、前記複数の時間区分それぞれよりも短い所定のサンプリング間隔で分割し、前記信号波形上に複数のサンプリング点を設定することと、
（ｉｉ）前記複数のサンプリング点のうち隣り合う２つの点を結ぶ直線と前記時間軸とによって定義される挟角のｎ乗値（ｎは、正の値）の絶対値を、前記複数の時間区分それぞれについて積分し、前記複数の時間区分にそれぞれ対応する複数の積分値を算出することと、を含み、
前記解析結果は、前記複数の積分値の中に特異的に大きな積分値が存在するか否かを表す
請求項１に記載の異常検知方法。
【請求項３】
前記変化率を解析する前記工程は、
（ｉ）時間軸と、前記信号強度を表す強度軸と、によって定義される座標空間内で表された前記エコー信号の信号波形を、前記複数の時間区分それぞれよりも短い所定のサンプリング間隔で分割し、前記信号波形上に複数のサンプリング点を設定することと、
（ｉｉ）前記複数のサンプリング点のうち隣り合う２つの点を結ぶ直線と前記時間軸とによって定義される挟角の正弦関数値のｎ乗値（ｎは、正の値）の絶対値を、前記複数の時間区分それぞれについて積分し、前記複数の時間区分にそれぞれ対応する複数の積分値を算出することと、を含み、
前記解析結果は、前記複数の積分値の中に特異的に大きな積分値が存在するか否かを表す
請求項１に記載の異常検知方法。
【請求項４】
前記変化率を解析する前記工程は、
（ｉ）時間軸と、前記信号強度を表す強度軸と、によって定義される座標空間内で表された前記エコー信号の信号波形を、前記複数の時間区分それぞれよりも短い所定のサンプリング間隔で分割し、前記信号波形上に複数のサンプリング点を設定することと、
（ｉｉ）前記複数のサンプリング点のうち隣り合う２つの点間の前記信号強度の変化量のｎ乗値（ｎは、正の値）の絶対値を、前記複数の時間区分それぞれについて積分し、前記複数の時間区分にそれぞれ対応する複数の積分値を算出することと、を含み、
前記解析結果は、前記複数の積分値の中に特異的に大きな積分値が存在するか否かを表す
請求項１に記載の異常検知方法。
【請求項５】
前記ｎは、１より大きな値である
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の異常検知方法。
【請求項６】
前記特異的に大きな積分値が現れる時間区分を前記端部からの距離に換算する工程を更に備える
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の異常検知方法。
【請求項７】
前記線状部材が、長手方向において、前記超音波の波長の１０倍以上１００倍以下の範囲の長さに分割されるように、前記複数の時間区分は設定される
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の異常検知方法。
【請求項８】
線状体と、前記線状体の周面の少なくとも一部に接触する接触材料と、を有する線状部材に生じた異常を検知する異常検知装置であって、
前記線状部材の端部から出射された超音波が前記線状体の内部で反射する結果生じた超音波エコーを受信し、前記超音波エコーの強度に応じて時間変動する信号強度を有するエコー信号を生成する探傷部と、
前記エコー信号を複数の時間区分に分割し、前記複数の時間区分それぞれについて前記エコー信号の信号強度の変化率を解析する解析部と、
前記複数の時間区分の中で特異的な変化率が現れる時間区分が存在するか否かを表す解析結果を出力する出力部と、を備える
異常検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触材料によって少なくとも部分的に接触された周面を有する線状体に生じた異常を検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷は、線状体の破断を検出するために用いられている（特許文献１を参照）。特許文献１の開示技術によれば、超音波パルスは、線状体の端部から送信される。線状体が破断しているならば、超音波パルスは、破断部位で反射され、超音波エコーとして受信される。特許文献１の装置は、超音波エコーの強度を表すエコー信号を生成する。破断位置は、エコー信号に基づき検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−１１１４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
破断位置が、超音波パルスが入力される端部から大きく離れているならば、超音波エコーは、探傷装置によって受信されるまでに大幅に減衰されることになる。この場合、検査者が、超音波エコーから得られたエコー信号の波形を参照しても、破断位置が見出されないこともある。
【０００５】
たとえば、橋梁に用いられる線状部材内で延設された複数の線状体は、線状部材内に充填された充填剤（たとえば、鋳込材や防錆材）によって固定並びに防錆される。このとき、線状体の周面は、充填材によって少なくとも部分的に接触される。これらの充填材は、空気よりもはるかに大きな音響インピーダンスを有するので、線状体と充填材との境界における音響インピーダンスの差異は小さくなる。このことは、線状体の周面における超音波パルス及び超音波エコーに対する低い反射率に帰結する。したがって、線状体が充填材によって少なくとも部分的に覆われているならば、超音波エコーの減衰は更に深刻になる。したがって、特許文献１の検知技術は、充填材に少なくとも部分的に覆われた線状体に生じた異常の検知には不向きである。
【０００６】
破断だけでなく、減肉や亀裂といった小さな異常も線状体に生じ得る。これらの小さな異常が生じた部位から生じた超音波エコーは、上述の破断部位から生じた超音波エコーよりも遙かに弱い。したがって、特許文献１の検知技術の感度は、上述の減衰条件の下では、これらの小さな異常を検出するには不十分である。充填材だけでなく、線状体を被覆する被覆材（たとえば、ポリエチレン製の被覆層）も、上述の減衰条件を作り出す。したがって、不十分な異常検出感度の課題は、線状体に接触する接触部材を有する線状部材に共通する。
【０００７】
本発明は、接触部材によって少なくとも部分的に接触された周面を有する線状体に生じた異常を感度よく検知することを可能にする技術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】
【０００８】
本発明の一局面に係る異常検知方法は、線状体と、前記線状体の周面の少なくとも一部に接触する接触材料と、を有する線状部材に生じた異常を検知するために用いられる。異常検知方法は、前記線状体の端部から超音波を送信し、前記線状体の内部での前記超音波の反射の結果生じた超音波エコーを受信する工程と、前記超音波エコーの強度に応じて時間変動する信号強度を有するエコー信号を生成する工程と、前記エコー信号を複数の時間区分に分割し、前記複数の時間区分それぞれについて前記エコー信号の信号強度の変化率を解析する工程と、前記複数の時間区分の中で特異的な変化率が現れる時間区分が存在するか否かを表す解析結果を出力する工程と、を備える。
【０００９】
上記の構成によれば、線状体の端部から送信された超音波は、線状体の内部で反射され、超音波エコーとして線状体の端部に戻る。エコー信号は、超音波エコーに基づいて生成される。エコー信号の信号強度は、超音波エコーの強度に応じて時間変動するので、エコー信号は、受信された超音波エコーの特性を表すことができる。
【００１０】
線状体の周面を少なくとも部分的に接触する接触材料は、超音波エコーの強度振幅を低減する。しかしながら、線状体に生じた異常は、他の部位よりも強い超音波エコーを生じさせるので、線状体に生じた異常を表す信号成分は、接触材料に起因する減衰条件下においても、エコー信号内に残ることができる。
【００１１】
線状体に生じた異常を表す信号成分は、線状体の端部から送信された超音波に略等しい周波数を有する。異常が線状体に生じていないならば、高い周波数成分の超音波成分は、微弱であり、接触材料に起因する減衰条件下では、エコー信号にほとんど現れない。一方、異常が線状体に生じているならば、高い周波数成分の超音波成分は、接触材料に起因する減衰条件下でもエコー信号に残存することができる。したがって、エコー信号中の周波数成分が解析されることによって、異常が線状体に生じているか否かが判明することになる。
【００１２】
接触材料は、超音波エコーの強度振幅を低減する一方で、超音波エコーの周波数分布のうち、高い周波数成分を大きく減衰させる。異常が生じていない部位からの超音波エコーは、元来、高い周波数成分を多く含まないので、低い周波数成分が支配的になる。したがって、線状体に生じた異常は、エコー信号の分割によって生成された複数の時間区分内での特異的に高い信号周波数として現れることになる。エコー信号の周波数が高いならば、複数の時間区分それぞれの中でのエコー信号の時間的変化量は大きくなりやすい。一方、エコー信号の周波数が低いならば、複数の時間区分それぞれの中でのエコー信号の時間的変化量は小さくなりやすい。エコー信号の時間的変化量（すなわち、変化率）は、エコー信号の周波数に強く関連づけられるので、複数の時間区分それぞれについてエコー信号の信号強度の変化率が解析されると、線状体に生じた異常を表す特異的に高い信号周波数がエコー信号内に存在するか否かが見出されることになる。したがって、異常検知方法は、線状体に生じた異常を、従来の検知技術よりも感度よく検知することを可能にする。解析結果は、複数の時間区分の中で特異的な変化率が現れる時間区分が存在するか否かを表すので、検査者は、異常が線状体に存在しているか否かを容易に判定することができる。
【００１３】
上記の構成に関して、前記変化率を解析する前記工程は、（ｉ）時間軸と、前記信号強度を表す強度軸と、によって定義される座標空間内で表された前記エコー信号の信号波形を、前記複数の時間区分それぞれよりも短い所定のサンプリング間隔で分割し、前記信号波形上に複数のサンプリング点を設定することと、（ｉｉ）前記複数のサンプリング点のうち隣り合う２つの点を結ぶ直線と前記時間軸とによって定義される挟角のｎ乗値（ｎは、正の値）の絶対値を、前記複数の時間区分それぞれについて積分し、前記複数の時間区分にそれぞれ対応する複数の積分値を算出することと、を含んでもよい。前記解析結果は、前記複数の積分値の中に特異的に大きな積分値が存在するか否かを表してもよい。
【００１４】
上記の構成によれば、時間軸と、信号強度を表す強度軸と、によって定義される座標空間内で表されたエコー信号の信号波形は、複数の時間区分それぞれよりも短い所定のサンプリング間隔で分割されるので、エコー信号の信号強度の変化率は、詳細に解析されることになる。上述の分割処理の結果設定された複数のサンプリング点のうち隣り合う２つの点を結ぶ直線と時間軸とによって定義される挟角は、エコー信号の信号強度の変化率を表すことができる。すなわち、エコー信号の信号強度の変化率が大きいならば、挟角は大きくなる。エコー信号の信号強度の変化率が小さいならば、挟角は小さくなる。挟角のｎ乗値の絶対値が、複数の時間区分それぞれについて積分されると、複数の時間区分にそれぞれ対応する複数の積分値は、複数の時間区分それぞれにおけるエコー信号の信号強度の変化率の大小を表すことができる。上述の如く、信号強度の変化率は、エコー信号の周波数に強く関連づけられるので、複数の積分値の中に特異的に大きな積分値が存在することを表す解析結果は、特異的に大きな周波数の信号成分がエコー信号に存在していることを表す。特異的に大きな周波数の信号成分は、上述の如く、異常が発生している部位で生じた超音波エコーの存在を表すので、解析結果は、異常が線状体に生じていることを表すことができる。
【００１５】
上記の構成に関して、前記変化率を解析する前記工程は、（ｉ）時間軸と、前記信号強度を表す強度軸と、によって定義される座標空間内で表された前記エコー信号の信号波形を、前記複数の時間区分それぞれよりも短い所定のサンプリング間隔で分割し、前記信号波形上に複数のサンプリング点を設定することと、（ｉｉ）前記複数のサンプリング点のうち隣り合う２つの点を結ぶ直線と前記時間軸とによって定義される挟角の正弦関数値のｎ乗値（ｎは、正の値）の絶対値を、前記複数の時間区分それぞれについて積分し、前記複数の時間区分にそれぞれ対応する複数の積分値を算出することと、を含んでもよい。前記解析結果は、前記複数の積分値の中に特異的に大きな積分値が存在するか否かを表してもよい。
【００１６】
上記の構成によれば、時間軸と、信号強度を表す強度軸と、によって定義される座標空間内で表されたエコー信号の信号波形は、複数の時間区分それぞれよりも短い所定のサンプリング間隔で分割されるので、エコー信号の信号強度の変化率は、詳細に解析されることになる。上述の分割処理の結果設定された複数のサンプリング点のうち隣り合う２つの点を結ぶ直線と時間軸とによって定義される挟角の正弦関数値は、エコー信号の信号強度の変化率を表すことができる。すなわち、エコー信号の信号強度の変化率が大きいならば、正弦関数値は大きくなる。エコー信号の信号強度の変化率が小さいならば、正弦関数値は小さくなる。正弦関数値のｎ乗値の絶対値が、複数の時間区分それぞれについて積分されると、複数の時間区分にそれぞれ対応する複数の積分値は、複数の時間区分それぞれにおけるエコー信号の信号強度の変化率の大小を表すことができる。上述の如く、信号強度の変化率は、エコー信号の周波数に強く関連づけられるので、複数の積分値の中に特異的に大きな積分値が存在することを表す解析結果は、特異的に大きな周波数の信号成分がエコー信号に存在していることを表す。特異的に大きな周波数の信号成分は、上述の如く、異常が発生している部位で生じた超音波エコーの存在を表すので、解析結果は、異常が線状体に生じていることを表すことができる。
【００１７】
上記の構成に関して、前記変化率を解析する前記工程は、（ｉ）時間軸と、前記信号強度を表す強度軸と、によって定義される座標空間内で表された前記エコー信号の信号波形を、前記複数の時間区分それぞれよりも短い所定のサンプリング間隔で分割し、前記信号波形上に複数のサンプリング点を設定することと、（ｉｉ）前記複数のサンプリング点のうち隣り合う２つの点間の前記信号強度の変化量のｎ乗値（ｎは、正の値）の絶対値を、前記複数の時間区分それぞれについて積分し、前記複数の時間区分にそれぞれ対応する複数の積分値を算出することと、を含んでもよい。前記解析結果は、前記複数の積分値の中に特異的に大きな積分値が存在するか否かを表してもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、時間軸と、信号強度を表す強度軸と、によって定義される座標空間内で表されたエコー信号の信号波形は、複数の時間区分それぞれよりも短い所定のサンプリング間隔で分割されるので、エコー信号の信号強度の変化率は、詳細に解析されることになる。上述の分割処理の結果設定された複数のサンプリング点のうち隣り合う２つの点間の信号強度の変化量は、エコー信号の信号強度の変化率を表す。２つの点間の信号強度の変化量のｎ乗値の絶対値が、複数の時間区分それぞれについて積分されると、複数の時間区分にそれぞれ対応する複数の積分値は、複数の時間区分それぞれにおけるエコー信号の信号強度の変化率の大小を表すことができる。上述の如く、信号強度の変化率は、エコー信号の周波数に強く関連づけられるので、複数の積分値の中に特異的に大きな積分値が存在することを表す解析結果は、特異的に大きな周波数の信号成分がエコー信号に存在していることを表す。特異的に大きな周波数の信号成分は、上述の如く、異常が発生している部位で生じた超音波エコーの存在を表すので、解析結果は、異常が線状体に生じていることを表すことができる。
【００１９】
上記の構成に関して、前記ｎは、１より大きな値であってもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、変化率を表す値の次数が、１より大きな値であるので、特異的に大きな積分値は、異常が生じていない部位から得られた積分値よりも増幅された値を取ることができる。したがって、検査者は、解析結果を参照し、異常が線状体に生じていることを容易に判断することができる。
【００２１】
上記の構成に関して、異常検知方法は、前記特異的に大きな積分値が現れる時間区分を前記端部からの距離に換算する工程を更に備えてもよい。
【００２２】
上記の構成によれば、特異的に大きな積分値が現れる時間区分は、端部からの距離に換算されるので、検査者は、異常が生じている位置を把握することができる。
【００２３】
上記の構成に関して、前記線状部材が、長手方向において、前記超音波の波長の１０倍以上１００倍以下の範囲の長さに分割されるように、前記複数の時間区分は設定されてもよい。
【００２４】
線状部材が、長手方向において、超音波の波長の１０倍未満の長さに分割されるならば、線状部材は、過度に細かく分割され、エコー信号の信号強度の小さな変化が過大評価されるリスクがある。一方、線状部材が、長手方向において、超音波の波長の１００倍を超える長さに分割されるならば、線状部材は、過度に粗く分割され、エコー信号の信号強度の大きな変化が過小評価されるリスクがある。上記の構成によれば、線状部材が、長手方向において、超音波の波長の１０倍以上１００倍以下の範囲の長さに分割されるように、複数の時間区分は設定されるので、エコー信号の信号強度の変化率は、適切に評価されることになる。
【００２５】
本発明の他の局面に係る異常検知装置は、線状体と、前記線状体の周面の少なくとも一部に接触する接触材料と、を有する線状部材に生じた異常を検知する。異常検知装置は、前記線状部材の端部から出射された超音波が前記線状体の内部で反射する結果生じた超音波エコーを受信し、前記超音波エコーの強度に応じて時間変動する信号強度を有するエコー信号を生成する探傷部と、前記エコー信号を複数の時間区分に分割し、前記複数の時間区分それぞれについて前記エコー信号の信号強度の変化率を解析する解析部と、前記複数の時間区分の中で特異的な変化率が現れる時間区分が存在するか否かを表す解析結果を出力する出力部と、を備える。
【００２６】
上記の構成によれば、線状体の端部から送信された超音波は、線状体の内部で反射され、超音波エコーとして線状体の端部に戻る。探傷部は、エコー信号を、超音波エコーに基づいて生成する。エコー信号の信号強度は、超音波エコーの強度に応じて時間変動するので、エコー信号は、受信された超音波エコーの特性を表すことができる。
【００２７】
線状体の周面を少なくとも部分的に接触する接触材料は、超音波エコーの強度振幅を低減する。しかしながら、線状体に生じた異常は、他の部位よりも強い超音波エコーを生じさせるので、線状体に生じた異常を表す信号成分は、接触材料に起因する減衰条件下においても、エコー信号内に残ることができる。
【００２８】
線状体に生じた異常を表す信号成分は、線状体の端部から送信された超音波に略等しい周波数を有する。線状体に生じた異常を表す信号成分の周波数は、線状体内での超音波成分の干渉の結果生じた他の周波数よりも高い。異常が線状体に生じていないならば、高い周波数成分の超音波成分は、微弱であり、接触材料に起因する減衰条件下では、エコー信号にほとんど現れない。一方、異常が線状体に生じているならば、高い周波数成分の超音波成分は、接触材料に起因する減衰条件下でもエコー信号に残存することができる。したがって、エコー信号中の周波数成分が解析されることによって、異常が線状体に生じているか否かが判明することになる。
【００２９】
接触材料は、超音波エコーの強度振幅を低減する一方で、超音波エコーの周波数（すなわち、エコー信号の周波数）にはほとんど影響しない。したがって、線状体に生じた異常は、エコー信号の分割によって生成された複数の時間区分内での特異的に大きな信号周波数として現れることになる。エコー信号の周波数が高いならば、複数の時間区分それぞれの中でのエコー信号の時間的変化量は大きくなりやすい。一方、エコー信号の周波数が低いならば、複数の時間区分それぞれの中でのエコー信号の時間的変化量は小さくなりやすい。エコー信号の時間的変化量（すなわち、変化率）は、エコー信号の周波数に強く関連づけられるので、解析部が、エコー信号の信号強度の変化率を、複数の時間区分それぞれについて解析すると、線状体に生じた異常を表す特異的に大きな信号周波数がエコー信号内に存在するか否かが見出されることになる。したがって、異常検知装置は、線状体に生じた異常を、従来の検知技術よりも感度よく検知することができる。出力部は、複数の時間区分の中で特異的に大きな変化率が現れる時間区分が存在するか否かを表す解析結果を出力するので、検査者は、異常が線状体に存在しているか否かを容易に判定することができる。
【発明の効果】
【００３０】
上述の技術は、接触材料によって少なくとも部分的に接触された線状体に生じた異常を感度よく検知することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】例示的な異常検知装置の概略的な機能構成を表すブロック図である。
【図２】図１に示される異常検知装置の探傷部から出力された例示的なエコー信号を表すグラフである。
【図３】複数の時間区分のうち１つのエコー信号の波形を表すグラフである。
【図４】エコー信号の一部を表すグラフである。
【図５】挟角の時間変化を表すグラフである。
【図６】挟角の絶対値の積分値の時間変化を表すグラフである。
【図７】超音波エコーの周波数と超音波エコーの強度との間の関係を示すグラフである。
【図８】橋梁に用いられる平行線ケーブルの概略的な斜視図である。
【図９Ａ】挟角の正弦関数値のｎ乗値を複数の時間区分それぞれについて積分することによって得られた解析結果である。
【図９Ｂ】挟角の正弦関数値のｎ乗値を複数の時間区分それぞれについて積分することによって得られた解析結果である。
【図９Ｃ】挟角の正弦関数値のｎ乗値を複数の時間区分それぞれについて積分することによって得られた解析結果である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、例示的な異常検知装置１００の概略的な機能構成を表すブロック図である。図１を参照して、異常検知装置１００が説明される。
【００３３】
異常検知装置１００は、線状体ＷＲＥと、接触材料ＣＡＴと、を含む線状部材ＣＢＬに生じた異常を検知するために用いられる。異常検知装置１００は、線状部材ＣＢＬに生じた異常として、線状体ＷＲＥの断線、減肉、亀裂や他の形状的変化を検出することができる。線状体ＷＲＥは、鋼といった金属材料から形成される。接触材料ＣＡＴは、線状体ＷＲＥの周面の少なくとも一部に接触する。接触材料ＣＡＴは、ゴム材料（たとえば、ポリブタジエンゴム）であってもよいし、樹脂材料（たとえば、エポキシ樹脂）であってもよい。接触材料ＣＡＴは、橋梁に用いられる線状部材内で延設された複数の線状体を固定及び防錆するために、線状部材内に充填された鋳込材や防錆材として用いられる他の材料であってもよい。あるいは、接触材料ＣＡＴは、１つの線状体の周面を覆うように形成された被膜層（たとえば、樹脂層又はゴム層）であってもよい。本実施形態の原理は、線状体ＷＲＥ及び接触材料ＣＡＴとして用いられる特定の材料に限定されない。
【００３４】
異常検知装置１００は、探傷部１１０と、解析部１２０と、出力部１３０と、を備える。探傷部１１０は、探触子（図示せず）を通して、超音波を、線状体ＷＲＥの端部から線状体ＷＲＥの延設方向に送信する。超音波は、線状体ＷＲＥの周面で内部反射しながら、線状体ＷＲＥの延設方向に伝播する。
【００３５】
以下の表に示されるように、接触材料ＣＡＴとして用いられ得るゴム材料や樹脂材料の音響インピーダンスは、空気の音響インピーダンスよりも、線状体ＷＲＥとして用いられ得る鋼の音響インピーダンスに遙かに近い。
【００３６】
【表１】
2019032193.tif 000003
【００３７】
２つの物体間の界面での反射率は、音響インピーダンスの差によって決定される。以下の表は、線状体ＷＲＥとして用いられ得る鋼と他の物質とによって形成される界面の反射率を示す。
【００３８】
【表２】
2019032193.tif 000004
【００３９】
「表２」に示されるように、鋼製の線状体ＷＲＥが、ゴム材料や樹脂材料といった接触材料ＣＡＴによって覆われているときの反射率は、鋼製の線状体ＷＲＥが空気中に露出しているときの反射率よりも低い。すなわち、線状体ＷＲＥの端部から送信された超音波の一部は、線状体ＷＲＥから接触材料ＣＡＴに透過することになる。したがって、接触材料ＣＡＴを有する線状部材ＣＢＬは、充填材を有さない線状部材よりも、超音波を大幅に減衰させる音響特性を有する。
【００４０】
線状体ＷＲＥの端部から送信された超音波は、線状体ＷＲＥを形成する材料（たとえば、鋼）の結晶粒界や線状体ＷＲＥの表面の粗さによって反射され、超音波エコーとして探傷部１１０に戻る。結晶粒界や表面の粗さでの反射によって生成された超音波エコーは、非常に微弱である。加えて、線状部材ＣＢＬは、上述の如く、超音波を大幅に減衰させる音響特性を有するので、微弱な超音波エコーは、探傷部１１０に届きにくい。一方、断線、減肉や亀裂が生じた部位での反射によって生成された超音波エコーは、結晶粒界や表面の粗さでの反射によって生成された超音波エコーよりも遙かに強い。したがって、断線、減肉や亀裂が生じた部位での反射によって生成された超音波エコーは、接触材料ＣＡＴに起因する減衰環境下でも、探傷部１１０に到達することができる。
【００４１】
探傷部１１０は、超音波を送信するだけでなく、超音波エコーを受信する。探傷部１１０は、受信された超音波エコーの強度に応じて時間変動する信号強度を有するエコー信号を生成する。探傷部１１０は、橋梁のケーブルに対する超音波探傷に用いられる一般的な探傷装置であってもよい。本実施形態の原理は、探傷部１１０の特定の構造に限定されない。
【００４２】
図２は、探傷部１１０から出力された例示的なエコー信号を表すグラフである。図１及び図２を参照して、異常検知装置１００が更に説明される。
【００４３】
図２のグラフの縦軸は、エコー信号の信号強度を表す強度軸である。図２のグラフの横軸は、エコー信号の受信時刻を表す時間軸である。エコー信号の信号波形は、時間軸と強度軸とによって定義される座標空間内で表されている。
【００４４】
エコー信号の受信時刻は、以下の数式によって、線状部材ＣＢＬの端部からの距離に変換されることができる。したがって、図２のグラフの横軸は、線状部材ＣＢＬの端部からの距離として解釈されてもよい。
【００４５】
【数１】
2019032193.tif 000005
【００４６】
図２に示される信号波形は、ボタンヘッド（図示せず）が形成された線状体ＷＲＥを有する線状部材ＣＢＬから得られている。図２に示されるグラフに関して、ボタンヘッドに対応する部位でのエコー信号の強度の振幅は、他の部位に比べて、非常に大きくなっている。この大きな振幅は、線状体ＷＲＥの端部のボタンヘッドの形状に起因する。
【００４７】
線状体ＷＲＥは、ボタンヘッドを除いて、略一定の断面を有する。エコー信号の強度が、ボタンヘッドを除く部位において、特異的な変化を示すならば、検査者は、異常が、特異的な強度変化が現れる部位において生じていると判断することができる。しかしながら、図２のグラフは、ボタンヘッドに対応する部位を除いて、略一様であるので、検査者が、図２に示されるグラフを見ても、どこに異常が発生しているかを判断することはできない。解析部１２０は、エコー信号の変化率を解析し、検査者が、異常の発生部位を容易に見出すことを可能にする信号処理を行う。
【００４８】
解析部１２０は、エコー信号を複数の時間区分に分割する。複数の時間区分は、以下の数式によって示されるように、線状部材ＣＢＬが、長手方向において、超音波の波長の１０倍以上１００倍以下の長さになるように設定される。線状部材ＣＢＬが、長手方向において、超音波の波長の１０倍未満の長さに分割されるならば、線状部材ＣＢＬは、過度に細かく分割され、エコー信号の信号強度の小さな変化が過大評価されるリスクがある。一方、線状部材ＣＢＬが、長手方向において、超音波の波長の１００倍を超える長さに分割されるならば、線状部材ＣＢＬは、過度に粗く分割され、エコー信号の信号強度の大きな変化が過小評価されるリスクがある。複数の時間区分が、以下の数式に示される条件を満たすように設定されるならば、エコー信号の変化率は、適切に解析される。
【００４９】
【数２】
2019032193.tif 000006
【００５０】
図３は、複数の時間区分のうち１つのエコー信号の波形を表すグラフである。図１及び図３を参照して、解析部１２０が実行する解析処理が更に説明される。
【００５１】
解析部１２０は、複数の時間区分それぞれを、複数の時間区分それぞれの長さ「ΔＴ」よりも短い所定のサンプリング間隔「Δｓｍｐ」で分割し、エコー信号の信号波形上に複数のサンプリング点ｓｐｐを設定する。解析部１２０は、複数のサンプリング点ｓｐｐそれぞれにおけるエコー信号の強度の変化率を解析する。
【００５２】
図４は、エコー信号の一部を表すグラフである。図１、図３及び図４を参照して、解析部１２０が実行する解析処理が更に説明される。
【００５３】
図４は、図３に示される複数のサンプリング点ｓｐｐのうち隣り合う２つを示す。図４は、これらのサンプリング点ｓｐｐを結ぶ直線ＬＮＥを更に示す。図４は、直線ＬＮＥと時間軸とによって定義される挟角θを更に示す。挟角θの大きさは、エコー信号の強度の変化率を表す。大きな挟角θは、エコー信号の強度の変化率が大きいことを意味する。小さな挟角θは、エコー信号の強度の変化率が小さいことを意味する。
【００５４】
図５は、挟角θの時間変化を表すグラフである。図１、図２及び図５を参照して、解析部１２０が実行する解析処理が更に説明される。
【００５５】
図５のグラフの横軸は、時間軸である。図５のグラフの縦軸は、挟角θを表す。図５に示されるように、挟角θ（すなわち、エコー信号の強度の変化率）は、異常発生部位において大きくなる。解析部１２０は、図５に示される挟角θの波形を絶対値化し、絶対値化された波形を、上述の複数の時間区分それぞれについて積分する。この結果、エコー信号の強度の変化率は、更に明瞭化される。
【００５６】
図６は、挟角θの絶対値の積分値の時間変化を表すグラフである。図１、図５及び図６を参照して、解析部１２０が実行する解析処理が更に説明される。
【００５７】
図６のグラフの横軸は、時間軸である。図６のグラフの縦軸は、挟角θの絶対値の積分値を表す。図６のグラフの曲線上に表される複数のデータ点それぞれは、複数の時間区分それぞれに対応する絶対値の積分値である。挟角θの積分の結果、特異的に大きな積分値が現れる時間区分が顕著に現れる。以下の表は、解析部１２０が、積分演算の後に生成する解析結果の概念を示す。
【００５８】
【表３】
2019032193.tif 000007
【００５９】
解析部１２０は、表３に示される解析結果を生成する。解析結果は、解析部１２０から出力部１３０へ出力される。出力部１３０は、解析結果を参照し、図６に示されるグラフを出力する。図６に示されるグラフを見た検査者は、特異的に大きな積分値が現れる時間区分を容易に見つけることができる。この場合、検査者は、異常が線状体ＷＲＥに生じていると判断することができる。一方、検査者が、出力部１３０が出力したグラフの中で、特異的に大きな積分値が現れる時間区分を見つけないならば、検査者は、異常が線状体ＷＲＥに生じていないと判断することができる。
【００６０】
＜他の特徴＞
設計者は、上述の異常検知装置１００に様々な特徴を与えることができる。以下に説明される特徴は、上述の異常検知装置１００の設計原理を何ら限定しない。
【００６１】
（サンプリング点での変化率の他の評価）
上述の実施形態に関して、複数のサンプリング点ｓｐｐ（図４を参照）それぞれでの変化率は、時間軸と直線ＬＮＥ（図４を参照）とによって定義される挟角θ（図４を参照）を用いて表されている。しかしながら、複数のサンプリング点ｓｐｐそれぞれでの変化率は、挟角θの正弦関数値（すなわち、ｓｉｎθ）によって表されてもよい。解析部１２０は、図２に示される信号波形から正弦関数値の時間変化を表すデータを生成してもよい。解析部１２０は、生成されたデータによって表される波形（図５に示される波形に相当）を絶対値化し、絶対値化された波形を、複数の時間区分それぞれについて積分してもよい。
【００６２】
図４は、隣り合う２つのサンプリング点ｓｐｐ間の信号強度の変化量Δｓｓｔを示す。複数のサンプリング点ｓｐｐでの変化率は、変化量Δｓｓｔによって定義されてもよい。解析部１２０は、図２に示される信号波形から変化量Δｓｓｔの時間変化を表すデータを生成してもよい。解析部１２０は、生成されたデータによって表される波形（図５に示される波形に相当）を絶対値化し、絶対値化された波形を、複数の時間区分それぞれについて積分してもよい。
【００６３】
（異常発生部位の特定）
検査者は、上述の「数１」を用いて、特異的に大きな積分値が現れる時間区分から、線状部材ＣＢＬの端部からの距離に換算することができる。したがって、検査者は、線状体ＷＲＥに生じた異常の位置を容易に特定することができる。解析部１２０又は出力部１３０は、上述の「数１」を用いて、「表３」に示される時間区分から線状部材ＣＢＬの端部からの距離を換算してもよい。出力部１３０は、図６に示される時間軸に代えて、線状部材ＣＢＬの端部からの距離を用いて、絶対値の積分値を表してもよい。この結果、検査者は、異常が線状体ＷＲＥに生じているか否かだけでなく、異常の発生位置を、出力部１３０が出力したデータから容易に見出すことができる。
【００６４】
（技術的検証）
図７は、超音波エコーの周波数と超音波エコーの強度との間の関係を示すグラフである。図６及び図７を参照して、超音波エコーの周波数とエコー信号の強度との間の関係が説明される。
【００６５】
発明者は、２つの試験片Ａ，Ｂを用意した。試験片Ａは、鋼製の線状体のみからなり、線状体の周囲は、空気で取り囲まれている。試験片Ｂは、鋼製の線状体と、線状体の周面を取り囲む接触材料（樹脂又はゴム）と、からなる。発明者は、試験片Ａ，Ｂそれぞれの端部から、公称「５ＭＨｚ」の超音波を送信した。
【００６６】
図７の曲線Ｃ１は、試験片Ａの異常部位から発生した超音波エコーから得られたエコー信号の周波数解析の結果を表す。図７の曲線Ｃ２は、試験片Ａの異常発生部位以外の部位（すなわち、異常が発生していない部位）から発生した超音波エコーから得られたエコー信号の周波数解析の結果を表す。図７の曲線Ｃ３は、試験片Ｂの異常部位から発生した超音波エコーから得られたエコー信号の周波数解析の結果を表す。図７の曲線Ｃ４は、試験片Ｂの異常発生部位以外の部位（すなわち、異常が発生していない部位）から発生した超音波エコーから得られたエコー信号の周波数解析の結果を表す。
【００６７】
試験片Ａから得られた周波数解析の結果（すなわち、曲線Ｃ１，Ｃ２）は、「５ＭＨｚ」の周波数で最も高い信号強度を有する。したがって、試験片Ａから得られた解析結果は、異常が発生した部位から発生した超音波エコーは、異常が発生していない部位から発生した超音波エコーと類似した周波数特性を有することを示している。
【００６８】
試験片Ｂから得られた周波数解析の結果（すなわち、曲線Ｃ３，Ｃ４）に関して、曲線Ｃ３は、「５ＭＨｚ」においてピークを示すのに対して、曲線Ｃ４は、エコー信号の強度が、周波数が高くなるにつれて低減する傾向を示す。したがって、試験片Ａから得られた解析結果とは異なり、試験片Ｂから得られた解析結果は、異常が発生した部位から発生した超音波エコーは、異常が発生していない部位から発生した超音波エコーとは異なる周波数特性を有することを示している。図６に示される特異的に高い積分値（絶対値）は、曲線Ｃ３，Ｃ４間の周波数特性の相違に由来している。
【００６９】
高い周波数の超音波エコーが線状体と接触材料との間の界面に衝突する頻度は、低い周波数の超音波エコーが線状体と接触材料との間の界面に衝突する頻度よりも高い。したがって、高い周波数の超音波エコーは、線状体から接触材料に透過しやすい。この結果、曲線Ｃ４に示されるように、エコー信号の強度は、周波数が高くなるにつれて低減することになる。一方、異常発生部位は、線状体の端部から送信された超音波を強く反射する。したがって、曲線Ｃ３に示されるように、送信された超音波と周波数において略等しい超音波エコーの成分は、接触材料に由来する減衰環境下においても、ピークとして現れることができる。
【００７０】
高い周波数で変動する正弦関数の値は、短い周期で変動するので、高い周波数で変動する正弦関数の値の変化率は、大きくなりやすい。一方、低い周波数で変動する正弦関数の値は、長い周期で変動するので、低い周波数で変動する正弦関数の値の変化率は、小さくなりやすい。図４を参照して説明された挟角θや変化量Δｓｓｔは、変化率の大きさを表す１つの指標になる。これらのパラメータが特定の時間区分で特異的に高い値を取ることは、この時間区分に対応する位置（「数１」を参照）において反射された超音波エコーが高い周波数を有することを意味する。接触材料で覆われた線状体に関して、異常が生じていない部位での反射によって生成された高い周波数の超音波エコー（線状体の結晶粒界や表面の粗さによって反射された超音波）は、非常に弱い（図７の曲線Ｃ４を参照）。したがって、図３乃至図６を参照して説明された解析が、接触材料で覆われた線状体に対して行われても、異常が生じていない部位での反射によって生成された高い周波数の超音波エコーの成分は検出されない。一方、接触材料で覆われた線状体の異常発生部位での反射によって生成された高い周波数の超音波エコー（送信された超音波と同等の周波数を有する超音波エコー）は、ピークを取る（図７の曲線Ｃ３を参照）。したがって、図３乃至図６を参照して説明された解析が、接触材料で覆われた線状体に対して行われると、接触材料で覆われた線状体の異常発生部位での反射によって生成された超音波エコーの成分は、高い変化率として検出されることになる。
【００７１】
（一般的な周波数解析に対する有利な効果）
離散フーリエ変換や高速フーリエ変換といった一般的な周波数解析が、複数の時間区分それぞれに対して行われてもよい。線状体に送信された超音波と周波数において等しい周波数が最も強く表れる時間区分が存在するならば、検査者は、異常が線状体に生じていると判定することができる。しかしながら、離散フーリエ変換や高速フーリエ変換を用いた周波数解析を、複数の時間区分それぞれに対して行うことは、時間が非常にかかる。一方、図４を参照して説明された挟角θや変化量Δｓｓｔの積分処理の演算負荷は、離散フーリエ変換や高速フーリエ変換を用いた周波数解析に要する演算負荷よりも遙かに小さく、検査者は、検査現場で検査結果を即時に確認することができる。
【００７２】
図８は、橋梁（たとえば、斜張橋）に用いられる平行線ケーブルの概略的な斜視図である。図１乃至図６及び図８を参照して、上述の異常検知方法の更なる利点が説明される。
【００７３】
橋梁のケーブルは、複数の線状体を用いて形成される。図８は、ケーブルの端部に現れる複数の線状体の端部を示す。複数の線状体は、鋳込材及び防錆ゴムによって束ねられている。鋳込材及び防錆ゴムは、上述の接触材料として作用する。
【００７４】
検査者は、複数の線状体それぞれの端部に探傷部１１０の探触子（図示せず）を押し当て、超音波をケーブルの長手方向に送信する。探傷部１１０は、線状体内での反射によって生じた超音波エコーを受信し、エコー信号を生成する。この結果、複数の線状体それぞれについて、図２に示されるような信号データが得られる。解析部１２０は、複数の線状体それぞれについて、図３乃至図６を参照して説明された解析を実行する。出力部１３０は、図６に示されるようなデータを出力する。上述の如く、図３乃至図６を参照して説明された解析は、大きな演算負荷を生じさせないので、検査者は、図６に示されるデータを、橋梁ケーブルの検査現場において取得することができる。
【００７５】
加えて、上述の異常検知方法は、正常な線状体から得られたデータとの比較を要することなく、異常な線状体を検出することを可能にする。したがって、図８に示される複数の線状体の中で正常なものが不明であっても、検査者は、上述の異常検知方法を複数の線状体それぞれについて実施し、複数の線状体の中で異常な線状体が存在するか否かを判断することができる。
【００７６】
上述の実施形態に関して、信号強度の変化率は、挟角θや変化量Δｓｓｔを用いて定義されている（図４を参照）。しかしながら、他の定義が変化率に与えられてもよい。たとえば、解析部１２０（図１を参照）は、複数のサンプリング点ｓｐｐ（図３を参照）を結ぶフィッティング曲線を形成し、複数のサンプリング点ｓｐｐにおけるフィッティング曲線の接線の勾配を変化率として定義してもよい。したがって、上述の実施形態の原理は、信号強度の変化率に対する特定の定義に限定されない。
【００７７】
（特異性の顕著化）
上述の如く、異常が生じた部位から得られた信号強度の変化率の積分値は、特異的に大きな積分値を取る。上述の解析は、挟角θ、挟角θの正弦関数値や変化量Δｓｓｔの１乗値を用いている（図４を参照）。しかしながら、これらのパラメータの次数が増加されるならば、異常が生じた部位から得られた信号強度の変化率の積分値の特異性は、一層顕著になる。以下に、異常が生じた部位から得られた信号強度の変化率の積分値の特異性を解析結果内で顕著に表すための例示的な演算技術が説明される。
【００７８】
図９Ａ乃至図９Ｃは、挟角θの正弦関数値のｎ乗値（ｎ＝１（図９Ａ），ｎ＝４（図９Ｂ），ｎ＝６（図９Ｃ））を複数の時間区分それぞれについて積分することによって得られた解析結果である。図４、図６、図９Ａ乃至図９Ｃを参照して、異常が生じた部位から得られた時間強度の変化率の積分値の特異性を顕著化するための技術が説明される。以下の説明と同様の結果は、挟角θや変化量Δｓｓｔのｎ乗値からも得られる。したがって、以下の説明は、挟角θや変化量Δｓｓｔを用いた演算にも援用される。
【００７９】
図９Ａは、挟角θの正弦関数値の１乗値を複数の時間区分それぞれについて積分することによって得られた解析結果を表すグラフである。図９Ａに示される解析結果は、図６に示される解析結果に略等しい。以下の説明において、「Ｓ／Ｎ比」との用語は、線状部材のうち略均一な断面（長手方向軸に直交する断面）を有する区間について、以下の数式によって定義される。
【００８０】
【数３】
2019032193.tif 000008
【００８１】
図９Ａに示される解析結果に関して、Ｓ／Ｎ比は、「１．７５」である。
【００８２】
図９Ｂは、挟角θの正弦関数値の４乗値を複数の時間区分それぞれについて積分することによって得られた解析結果を表すグラフである。図９Ｃは、挟角θの正弦関数値の６乗値を複数の時間区分それぞれについて積分することによって得られた解析結果を表すグラフである。
【００８３】
図９Ｂ及び図９Ｃに示される解析結果は、図９Ａに示される解析結果と同様の増減傾向を表す。しかしながら、図９Ｂの解析結果のＳ／Ｎ比は、「８．００」であり、図９Ｃの解析結果のＳ／Ｎ比は、「１８．０７」である。したがって、次数「ｎ」が増加されると、異常が発生した部位から得られた積分値（絶対値）の特異性は、一層顕著になる。すなわち、次数「ｎ」を増加させた解析処理は、線状部材に生じた僅かな異常の検出に貢献することができる。
【００８４】
上述の顕著化処理は、他の演算技術を用いて実行されてもよい。たとえば、「１−ｃｏｓθ」は、正弦関数値の２乗値の項を含む三角関数である。したがって、関数「１−ｃｏｓθ」から得られた値を複数の時間区分それぞれについて積分することによって、挟角θの正弦関数値の１乗値よりも大きなＳ／Ｎ比の下で解析結果を表すことができる。本実施形態の顕著化処理の技術の原理は、ｎ次式の変形によって得られた様々な演算式をも網羅する。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
上述の実施形態の原理は、様々な線状部材の非破壊検査に利用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・異常検知装置
１１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・探傷部
１２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・解析部
１３０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・出力部
ＣＡＴ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・接触材料
ＣＢＬ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・線状部材
ＬＮＥ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・直線
ｓｐｐ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・サンプリング点
ＷＲＥ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・線状体
Δｓｓｔ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・変化量
θ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・挟角
【図１】
2019032193.tif 000009
【図２】
2019032193.tif 000010
【図３】
2019032193.tif 000011
【図４】
2019032193.tif 000012
【図５】
2019032193.tif 000013
【図６】
2019032193.tif 000014
【図７】
2019032193.tif 000015
【図８】
2019032193.tif 000016
【図９Ａ】
2019032193.tif 000017
【図９Ｂ】
2019032193.tif 000018
【図９Ｃ】
2019032193.tif 000019