(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路用橋梁の路面側に設置されるフェイスプレートと、前記フェイスプレートの前記道路側とは反対側に設けられて前記道路の幅方向に延長するウェブプレートと、前記フェイスプレートと前記ウェブプレートとに溶接されて前記道路の長さ方向に延長する複数のリブプレートとを備えた道路橋用ジョイント部材の劣化の度合いを診断する方法であって、
複数のマイクロフォンを備えた音採取手段を用いて振動状態にある前記ジョイント部材の発生する音の音圧信号を採取するステップと、
前記音圧信号から、予め設定された基準周波数帯域に出現するピークの大きさである基準ピーク値と、予め設定された、前記基準周波数帯域よりも高い周波数帯域に出現するピークの大きさである高域ピーク値とを算出するステップと、
前記音圧信号から、前記基準周波数帯域の音の音源方向と前記基準周波数帯域よりも高い周波数帯域の音の音源方向のいずれか一方、もしくは、両方を推定するステップと、
前記ジョイント部材のフェイスプレートの映像を撮影するステップと、
前記算出された基準ピーク値及び高域ピーク値と、前記推定された音源方向のデータと、前記撮影されたフェイスプレートの画像データとから、前記ジョイント部材の劣化の度合いを判定するステップとを備え、
前記ジョイント部材の劣化の度合いを判定するステップでは、
前記推定された音源方向のデータと、前記撮影されたフェイスプレートの画像データとを合成して、前記音源方向を表す図形が描画された劣化診断画像を作成し、前記作成された劣化診断画像から前記ジョイント部材の劣化箇所を推定するとともに、
前記算出された基準ピーク値と高域ピーク値との比と、予め求めておいた前記基準ピーク値と前記高域ピーク値との比と前記フェイスプレートと前記リブプレートとの溶接部に発生する亀裂長さとの関係を示すテーブルとから、前記溶接部に発生する亀裂の長さを推定し、この推定された亀裂の長さから前記溶接部の劣化の度合いを判定することを特徴とする道路橋用ジョイント部材の劣化診断方法。
【請求項２】
前記ジョイント部材の振動が、道路用橋梁を走行する車両が当該ジョイント部材上を通過した時に発生する振動であることを特徴とする請求項１に記載の道路橋用ジョイント部材の劣化診断方法。
【請求項３】
前記ジョイント部材の振動が、当該ジョイント部材に路面側から打撃を与えて加振したときに発生する振動であることを特徴とする請求項１に記載の道路橋用ジョイント部材の劣化診断方法。
【請求項４】
前記音採取手段が、
平面板と、前記平面板に設置されて前記平面板を含む平面の一方の側である前方から伝播される音の音圧信号のみを採取する、互いに一直線上にない、２組のマイクロフォン対を構成する少なくとも３個のマイクロフォンを備え、
前記音源方向を推定するステップでは、前記各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、前記マイクロフォンの位置座標と音速とから前記音源の方向を推定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の道路橋用ジョイント部材の劣化診断方法。
【請求項５】
道路用橋梁の路面側に設置されるフェイスプレートと、前記フェイスプレートの前記道路側とは反対側に設けられて前記道路の幅方向に延長するウェブプレートと、前記フェイスプレートと前記ウェブプレートとに溶接されて前記道路の長さ方向に延長する複数のリブプレートとを備えた道路橋用ジョイント部材の劣化の度合いを診断する方法であって、
音採取手段により、前記ジョイント部材に路面側から打撃を与えて加振したときに発生する音の音圧信号を採取するステップと、
前記音圧信号から、予め設定された基準周波数帯域に出現するピークの大きさである基準ピーク値と、予め設定された、前記基準周波数帯域よりも高い周波数帯域に出現するピークの大きさである高域ピーク値とを算出するステップと、
前記基準ピーク値と前記高域ピーク値とを比較して、前記フェイスプレートと前記リブプレートとの溶接部の劣化の度合いを判定するステップと、
前記基準ピーク値と前記高域ピーク値とを用いて、前記フェイスプレートと前記リブプレートとの溶接部の劣化の度合いを判定するステップと、を備え、
前記溶接部の劣化の度合いを判定するステップでは、
前記算出された基準ピーク値と高域ピーク値との比と、予め求めておいた前記基準ピーク値と前記高域ピーク値との比と前記溶接部に発生する亀裂長さとの関係を示すテーブルとから、前記溶接部に発生する亀裂の長さを推定し、この推定された亀裂の長さから前記溶接部の劣化の度合いを判定することを特徴とする道路橋用ジョイント部材の劣化診断方法。
【請求項６】
前記基準周波数帯域が５００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ帯域であり、
前記基準周波数帯域よりも高い周波数帯域が２０００Ｈｚ〜２５００Ｈｚ帯域であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の道路橋用ジョイント部材の劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、フィンガージョイントのような、高速道路等の橋梁に設置される道路橋用ジョイント部材の劣化の度合いを診断する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速道路等の橋梁には、熱による橋桁の長さ方向の伸縮を吸収するため、橋桁の間に、図１０に示すような、フィンガージョイント５０と呼ばれる櫛型伸縮装置が設置されている。
フィンガージョイント５０は、それぞれが、櫛歯５１ｎが形成されたフェイスプレート５１と、フェイスプレート５１の櫛歯５１ｎが形成された側とは反対側から支持するウェブプレート５２と、ウェブプレート５２から高速道路の橋桁６０側に突出する複数のリブプレート５３とを備えた一対のジョイント部材５０Ａ，５０Ｂとから成り、各ジョイント部材５０Ａ，５０Ｂを構成するフェイスプレート５１の櫛歯５１ｎ同士を隙間を持たせて噛み合わせるようにして橋梁に設置することで、寒暖差による橋桁６０の長さ方向の伸縮を吸収する。
なお、フェイスプレート５１とウェブプレート５２とリブプレート５３とはそれぞれ鋼材から成り、溶接により組み立てられる。また、各ジョイント部材５０Ａ，５０Ｂの橋桁６０側は橋桁６０のコンクリートと一体化されている。
【０００３】
フィンガージョイント５０は、車両走行による輪荷重の繰り返し作用を直接受けるため、フェイスプレート５１が破断する場合がある。これは、フェイスプレート５１と一体化している橋桁６０のコンクリートの路面側の部分が削り取られてフェイスプレート５１が振動し易くなり、その結果、フェイスプレート５１に疲労亀裂が発生するためと考えられる。
フェイスプレート５１の疲労亀裂を初期段階において把握することができれば、フェイスプレート５１の破断前にフィンガージョイント５０を交換できるので、高速道路の走行安全性を向上させることができる。
フェイスプレートの疲労亀裂を把握する方法として、フェイスプレートをハンマーなどで加振して振動させた際に発生する音の音圧信号を、複数のマイクロフォンを備えた音採取手段により採取し、この音圧信号から上記発生音の音源方向を推定するとともに、フェイスプレートを撮影し、推定された音源方向と撮影されたフェイスプレートの画像とを合成して作成された、音源方向を示す図形が描画された破損判定用画像からフィンガージョイントが破損しているか否かを判定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３４０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、フェイスプレートの疲労亀裂の初期段階においては、まず、フェイスプレートとリブプレートとの溶接部に亀裂が発生し、この亀裂が進展することで、フェイスプレートが振動し易くなり、その結果、フェイスプレートに疲労亀裂が発生してフィンガージョイントが破損する。
しかしながら、上記従来の方法では、フェイスプレートが破損しているか否かを判定することはできるが、フィンガージョイントの劣化の度合い、すなわち、フェイスプレートとリブプレートとの溶接部に発生する亀裂の進展の度合いについては、把握することが困難であるといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、道路橋用ジョイント部材の劣化の度合いを容易にかつ確実に判定する方法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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、道路用橋梁の路面側に設置されるフェイスプレートと、前記フェイスプレートの前記道路側とは反対側に設けられて前記道路の幅方向に延長するウェブプレートと、前記フェイスプレートと前記ウェブプレートとに溶接されて前記道路の長さ方向に延長する複数のリブプレートとを備えた道路橋用ジョイント部材の劣化の度合いを診断する方法であって、複数のマイクロフォンを備えた音採取手段を用いて振動状態にある前記ジョイント部材の発生する音の音圧信号を採取するステップと、前記音圧信号から、予め設定された基準周波数帯域に出現するピークの大きさである基準ピーク値と、予め設定された、前記基準周波数帯域よりも高い周波数帯域に出現するピークの大きさである高域ピーク値とを算出するステップと、前記音圧信号から、前記基準周波数帯域の音の音源方向と前記基準周波数帯域よりも高い周波数帯域の音の音源方向のいずれか一方、もしくは、両方を推定するステップと、前記ジョイント部材のフェイスプレートの映像を撮影するステップと、前記算出された基準ピーク値及び高域ピーク値と、前記推定された音源方向のデータと、前記撮影されたフェイスプレートの画像データとから、前記ジョイント部材の劣化の度合いを判定するステップとを備え、前記ジョイント部材の劣化の度合いを判定するステップでは、前記推定された音源方向のデータと、前記撮影されたフェイスプレートの画像データとを合成して、前記音源方向を表す図形が描画された劣化診断用画像を作成し、この作成された劣化診断用画像から前記ジョイント部材の劣化箇所を推定するとともに、前記算出された基準ピーク値と高域ピーク値との比と、予め求めておいた前記基準ピーク値と前記高域ピーク値との比と前記フェイスプレートと前記リブプレートとの溶接部に発生する亀裂長さとの関係を示すテーブルとから、前記溶接部に発生する亀裂の長さを推定し、この推定された亀裂の長さから前記溶接部の劣化の度合いを判定することを特徴とする。
これにより、ジョイント部材の劣化箇所を推定できるとともに、フェイスプレートとリブプレートとの溶接部の劣化の度合いを判別することができるので、ジョイント部材の劣化の度合いを確実に診断することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の道路橋用ジョイント部材の劣化診断方法であって、前記ジョイント部材の振動が、道路用橋梁を走行する車両が当該ジョイント部材上を通過した時に発生する振動であることを特徴とする。
これにより、ジョイント部材の状態を常時監視できるので、ジョイント部材の劣化を早期に発見することができる。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の道路橋用ジョイント部材の劣化診断方法であって、前記ジョイント部材の振動が、当該ジョイント部材に路面側から打撃を与えて加振したときに発生する振動であることを特徴とする。
これにより、ジョイント部材を同一の条件で振動させることができるので、ジョイント部材の劣化の度合いを確実に判定できる。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の道路橋用ジョイント部材の劣化診断方法であって、前記音採取手段が、平面板と、前記平面板に設置されて前記平面板を含む平面の一方の側である前方から伝播される音の音圧信号のみを採取する、互いに一直線上にない、２組のマイクロフォン対を構成する少なくとも３個のマイクロフォンを備え、前記音源方向を推定するステップでは、前記各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、前記マイクロフォンの位置座標と音速とから前記音源の方向を推定することを特徴とする。
このように、互いに一直線上にない少なくとも３個のマイクロフォンを含む複数のマイクロフォンを平面板に設置して、平面板の前方から伝播される音の音圧信号のみを採取するようにしたので、装置を小型化できるとともに、音源方向の推定精度を向上させることができる。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、道路用橋梁の路面側に設置されるフェイスプレートと、前記フェイスプレートの前記道路側とは反対側に設けられて前記道路の幅方向に延長するウェブプレートと、前記フェイスプレートと前記ウェブプレートとに溶接されて前記道路の長さ方向に延長する複数のリブプレートとを備えた道路橋用ジョイント部材の劣化の度合いを診断する方法であって、音採取手段により、前記ジョイント部材に路面側から打撃を与えて加振したときに発生する音の音圧信号を採取するステップと、前記音圧信号から、予め設定された基準周波数帯域に出現するピークの大きさである基準ピーク値と、予め設定された、前記基準周波数帯域よりも高い周波数帯域に出現するピークの大きさである高域ピーク値とを算出するステップと、前記基準ピーク値と前記高域ピーク値とを用いて、前記フェイスプレートと前記リブプレートとの溶接部の劣化の度合いを判定するステップと、を備え、前記溶接部の劣化の度合いを判定するステップでは、前記算出された基準ピーク値と高域ピーク値との比と、予め求めておいた前記基準ピーク値と前記高域ピーク値との比と前記溶接部に発生する亀裂長さとの関係を示すテーブルとから、前記溶接部に発生する亀裂の長さを推定し、この推定された亀裂の長さから前記溶接部の劣化の度合いを判定することを特徴とする。
この場合には、劣化箇所である音源位置を特定できないが、基準ピーク値と高域ピーク値とを比較すれば、加振点の近傍に、フェイスプレートとリブプレートとの溶接部が劣化進展している箇所が存在するか否かを判定できるので、ジョイント部材の劣化の度合いを診断することができる。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の道路橋用ジョイント部材の劣化診断方法であって、前記基準周波数帯域が５００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ帯域であり、前記基準周波数帯域よりも高い周波数帯域が２０００Ｈｚ〜２５００Ｈｚ帯域であることを特徴とする。
これにより、ジョイント部材の劣化の度合いの判定精度を向上させることができるとともに、推定された音源方向を示す図形が特定帯域の音源の方向を示す図形のみとなるので、音源位置の推定精度が向上する。
【００１２】
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るジョイント部材の劣化診断装置の構成を示す図である。
【図２】音・映像採取ユニットの一例を示す図である。
【図３】音・映像採取ユニットの設置例を示す図である。
【図４】フィンガージョイントの劣化状態を説明するための図である。
【図５】音圧信号の時間変化を示す図である。
【図６】発生音の周波数スペクトルを示す図である。
【図７】ｓ−Ｒテーブルの一例を示す図である。
【図８】劣化診断用画像の一例を示す図である。
【図９】ジョイント部材の劣化診断方法を示すフローチャートである。
【図１０】フィンガージョイントの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、ジョイント部材の劣化診断システム１の構成を示す図で、同図において、１０は音・映像採取ユニット、２０はデータ処理装置、３０は記憶・演算装置、４０は表示装置である。
音・映像採取ユニット１０は、４個のマイクロフォンＭ１〜Ｍ４を備えた音採取手段１１と、撮影手段としてのＣＣＤカメラ（以下、カメラという）１２と、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４とカメラ１２とが装着される平面板１３と、平面板１３を支持する支持台１４と、支持台１４を支持する支持脚（三脚１５）と、支持台１４に設置される温度センサー１６とを備える。
図２（ａ），（ｂ）は、平面板１３への、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４とカメラ１２との装着例を示す図で、本例では、平面板１３を円盤状とし、その中心にカメラ１２を装着するとともに、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４を、カメラ１２を中心とする正方形の各頂点に配置した。
また、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４は、振動膜面が平面板１３の一方の面（以下、前面という）１３ａとほぼ同じ位置になるように装着される。カメラ１２は、撮影方向が前方向（平面板１３の他方の面である後面１３ｂから前面１３ａに向かう方向）になるように平面板１３に装着されて、フィンガージョイント５０のフェイスプレート５１を撮影する。
本例では、図３に示すように、音・映像採取ユニット１０を、フィンガージョイント５０が設置された橋桁６０の路肩６１に設置するとともに、ジョイント部材５０のフェイスプレート５１の表面を見下ろすような位置にカメラ１２が位置するように、音・映像採取ユニット１０を設置して、車両通過時におけるフィンガージョイント５０からの発生音とフェイスプレート５１の映像とを採取する。
カメラ１２の撮影範囲としては、例えば、水平角θで±６０°、仰角φで−２０°〜−６０°の範囲とすればよい。
【００１５】
データ処理装置２０は、音データ入出力手段２１と、映像入出力手段２２とを備え、記憶・演算装置３０は、記憶手段３３と、ピーク値算出手段３４と、劣化度合い判定手段３５と、音源方向推定手段３６と、劣化診断用画像作成手段３７とを備える。
記憶手段３３〜劣化診断用画像作成手段３７の各手段は、例えば、パーソナルコンピュータのソフトウェアとメモリーとにより構成される。
音データ入出力手段２１は、増幅器２１ａと、Ａ／Ｄ変換器２１ｂとを備える。
増幅器２１ａは、ローパスフィルタを備え、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４で採取した、車両通過時におけるフィンガージョイント５０からの発生音の音圧信号から高周波ノイズ成分を除去するとともに、各音圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換器２１ｂに出力する。
Ａ／Ｄ変換器２１ｂは、音圧信号をＡ／Ｄ変換するとともに、Ａ／Ｄ変換された音圧信号を音圧波形データとして記憶手段３３に送る。
映像入出力手段２２は、カメラ１２で連続的に撮影された映像信号を入力してＡ／Ｄ変換するとともに、Ａ／Ｄ変換された映像信号を画像データとして記憶手段３３に送る。
【００１６】
ここで、フィンガージョイント５０の劣化について説明する。
図４（ａ）に示すように、リブプレート５３は、フェイスプレート５１とウェブプレート５２と、それぞれ、溶接部５１ｍ及び溶接部５２ｍにて溶接されている。
図４（ｂ）に示すように、フィンガージョイント５０の噛み合わせ側である櫛歯５１ｎ側に、繰り返し荷重Ｗを与えると、図４（ｃ）に示すように、まず、（ａ）図及び（ｂ）図の矢印Ａで示す、溶接部５１ｍの櫛歯５１ｎとは反対側の端部の歪が急激に低下する。このような歪の急激な低下は、亀裂の発生によるものである。
繰り返し荷重を与え続けると、（ｂ）図の矢印Ｂで示す、溶接部５１ｍの中間点の歪が急激に低下し、最後に、（ｂ）図の矢印Ｃで示す、櫛歯５１ｎ側の端部の歪が急激に低下する。すなわち、溶接部５１ｍの亀裂は、繰り返し荷重Ｗを与えた側とは反対側の端部に発生し、繰り返し荷重Ｗを与えた側に向かって進展する。
なお、歪は、各点Ａ，Ｂ，Ｃに、歪ゲージを貼付けて測定した。
本例では、このリブプレート５３との溶接部５１ｍの亀裂長さｓを、フィンガージョイント５０の劣化の度合いのメジャーとした。
【００１７】
ところで、フィンガージョイント５０を車両が通過すると、フェイスプレート５１の櫛歯５１ｎが加振されて振動し、音が発生する。
フィンガージョイント５０からの発生音（以下、打音という）の音圧信号は、図５に示すように、車両通過前のノイズ部分と、車両通過による衝撃音部分と、車両通過後の自由振動部分とから成るが、フェイスプレート５１とリブプレート５３との溶接部５１ｍに亀裂が発生すると、打音の自由振動部分の周波数スペクトルが変化する。そこで、本例では、自由振動部分の音圧信号をフーリエ変換して、フィンガージョイント５０の劣化の度合いの判定と音源方向の推定とを行うようにしている。
図６（ａ）は、フィンガージョイント５０に繰り返し荷重を与える前の状態（健全状態）の周波数スペクトルで、健全状態においては、５００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの周波数帯域（以下、基準周波数帯域という）と、２０００Ｈｚ〜２５００Ｈｚの周波数帯域（以下、第１高周波帯域という）とに、それぞれ、大きなピークが出現している。
図６（ｂ）は、フィンガージョイント５０に繰り返し荷重を与え、溶接部５１ｍの亀裂長さが、溶接部５１ｍの全長の半分（例えば、１０ｍｍ）まで進展したときの周波数スペクトルである。同図から明らかなように、基準周波数帯域のピークの大きさ（以下、基準ピーク値ＰLという）は減少し、逆に、第１高周波帯域のピークの大きさ（以下、高域ピーク値ＰHという）が増加していることがわかる。
亀裂が更に進展し、亀裂が溶接部５１ｍの端部Ｃまで達すると、図６（ｃ）に示すように、基準ピーク値ＰLは更に減少し、高域ピーク値ＰHは更に増加する。したがって、予め、溶接部５１ｍの亀裂長さｓと、基準ピーク値ＰLと高域ピーク値ＰHとの関係を調べておけば、を比較すれば、計測した基準ピーク値ＰLと高域ピーク値ＰHとから、溶接部５１ｍの亀裂長さを知ることができる。以下、亀裂長さをｓとする。
本例では、フェイスプレート５１とリブプレート５３との溶接部５１ｍの劣化の度合いである亀裂長さｓと基準ピーク値ＰLと高域ピーク値ＰHとの比であるピーク比Ｒ＝（ＰH/ＰL）との関係を示すｓ−Ｒテーブル３３Ｍを予め求めておき、これを記憶手段３３に記憶する。
すなわち、記憶手段３３は、音圧波形データと画像データとを保存するとともに、予め求めておいた、ｓ−Ｒテーブル３３Ｍを記憶する。ｓ−Ｒテーブル３３Ｍは、フィンガージョイント５０の種類毎に作成される。
図７は、ｓ−Ｒテーブル３３Ｍの一例を示す図で、横軸は亀裂長さｓ[mm]、縦軸は振幅比Ｒである。亀裂長さｓが長くなる程、振幅比Ｒは大きくなる。したがって、ｓ−Ｒテーブル３３Ｍを用いれば、音圧波形データから求めた振幅比Ｒから亀裂長さｓを推定することができる。
なお、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、周波数スペクトルの、２７００Ｈｚ〜３２００Ｈｚの周波数帯域（以下、第２高周波帯域という）にもピークが出現する。このピークの大きさＰH2も亀裂の進展に伴って増加するので、図７に示すように、ピーク比Ｒ2＝（ＰH2/ＰL）も亀裂の進展に伴って増加する。
本例では、基準ピーク値ＰLと高域ピーク値ＰHとのピーク比Ｒを用いて亀裂長さｓを推定しているが、ピーク比Ｒ2を用いて亀裂長さｓを推定したり、ピーク比Ｒとピーク比Ｒ2の両方を用いて亀裂長さｓを推定することも可能である。
【００１８】
ピーク値算出手段３４は、記憶手段３３に記憶された音圧波形データをフーリエ解析し、周波数スペクトルを求めるとともに、得られた周波数スペクトルの基準周波数帯域に出現するピークの大きさである基準ピーク値ＰLと、高周波帯域に出現するピークの大きさである高域ピーク値ＰHを算出して、劣化度合い判定手段３５に送る。
劣化度合い判定手段３５は、基準ピーク値ＰLと高域ピーク値ＰHとの比であるピーク比Ｒ＝（ＰH/ＰL）を算出するとともに、算出されたピーク比Ｒと、記憶手段３３に記憶されたｓ−Ｒテーブル３３Ｍとから、溶接部５１ｍの亀裂長さｓを推定し、この推定された亀裂長さｓから、フィンガージョイント５０の劣化の度合いを判定する。
具体的には、複数の閾値Ｋ1，Ｋ2（Ｋ1＜Ｋ2）を設定し、ｓ＜Ｋ1ならば劣化の度合いが「小」、Ｋ1≦ｓ＜Ｋ2ならば劣化の度合いが「中」、Ｋ2≦ｓならば劣化の度合いが「大」であると判定すればよい。なお、判定結果は、劣化診断用画像作成手段３７に送られる。
【００１９】
音源方向推定手段３６は、記憶手段３３に保存された音圧信号を用いて、平面板１３から見た時の音源方向、すなわち、平面板１３の前面１３ａを水平面とし、マイクロフォンＭ１とマイクロフォンＭ３とを結ぶ線分とマイクロフォンＭ２とマイクロフォンＭ４とを結ぶ線分との交点を原点としたときの水平角θpと仰角φpとを周波数毎に算出するとともに、音源から伝播される音の音圧レベルを計測する。
具体的には、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４の音圧波形データをＦＦＴにて周波数解析し、周波数毎にマイクロフォンＭ１〜Ｍ４間の位相差を求め、この求められた位相差と、温度センサー１６により計測された温度を用いて算出した音速ｃとから音源の方向を周波数毎に算出する。
水平角θp及び仰角φpは以下の式［数１］で表わせる。
【数１】
0006527368.tif 000002
到達時間差Ｄijは、マイクロフォンＭiに到達する音圧信号とマイクロフォンＭjに到達する音圧信号との時間差で、対となる２つのマイクロフォンＭi及びマイクロフォンＭjに入力される信号のクロススペクトルＰij（ｆ）を求め、更に、対象とする周波数ｆの位相角情報Ψ（rad）を用いて、以下の式［数２］により算出される。
【数２】
0006527368.tif 000003
通常、音源方向と音圧レベルとは周波数毎に計測するが、本例では、上述した基準周波数帯域と高周波帯域の２つの帯域についてのみ、水平角θp及び仰角φpは算出する。
なお、音圧信号の大きさとしては、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４のうちのいずれかに入力される信号の大きさとしてもよいし、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４に入力される信号の大きさの平均値を用いてもよい。
【００２０】
劣化診断用画像作成手段３７は、音源方向推定手段３６で算出された打音の音源方向のデータ（水平角θpと仰角φp）と、記憶手段３３に記憶された画像データとを合成し、例えば、図８に示すような、画像中に音源の方向を示す図形（例えば、円）が描画された劣化診断用画像Ｇを作成して表示手段４０に出力する。
劣化診断用画像Ｇの横軸は水平角θpで縦軸は仰角φpで、音圧レベルの大きな、周波数帯域が第１高周波帯域（２０００Ｈｚ〜２５００Ｈｚ）の音源方向を示す図形のみが描写される。また、例えば、図形が円の場合には、円の半径と色が劣化の度合いを表わすようにすればよい。
本例では、劣化の度合いが「小」のときは円は表示せず、劣化の度合いが「中」のときに小円、劣化の度合いが「大」のときは大円とした。図８に示した劣化診断画像Ｇからは、フィンガージョイント５０の櫛歯５１ｎのうち、路肩側の端部から４番目の位置ａ４にあるリブプレート５３とフェイスプレート５１との溶接部５１ｍの劣化の度合いが「中」で、５番目の位置ａ５にあるリブプレート５３とフェイスプレート５１との溶接部５１ｍの劣化の度合いが「大」であることがわかる。
表示手段４０は、液晶ディスプレイ等の表示画面４０Ｍを備え、劣化診断用画像作成手段３７で作成された劣化診断用画像Ｇを表示画面４０Ｍに表示する。
作業者は、劣化診断用画像Ｇから、亀裂の発生したリブプレート５３の位置と劣化の度合いとを確認することができる。
【００２１】
次に、本発明によるジョイント部材の劣化診断方法について、図９のフローチャートを参照して説明する。
まず、音・映像採取ユニット１０を、フィンガージョイント５０が設置されている橋桁６０の路肩６１にセットし（ステップＳ１０）、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４にてフィンガージョイント５０の発生音の音圧信号とフェイスプレート５１の画像を採取する（ステップＳ１１）。
なお、音・映像採取ユニット１０を２台準備し、左右の路肩６１，６１にそれぞれ設置してもよい。
次に、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力信号である音圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換して得られた音圧波形データを記憶手段３３に保存するとともに、カメラ１２の映像信号をＡ／Ｄ変換して得られた画像データを記憶手段３３に保存する（ステップＳ１２）。
次に、記憶手段３３に記憶された音圧波形データをフーリエ解析して得られた周波数スペクトルから、基準ピーク値ＰLと高域ピーク値ＰHを算出した後（ステップＳ１３）、ピーク比Ｒ＝（ＰH/ＰL）を算出する（ステップＳ１４）。
そして、ピーク比Ｒとｓ−Ｒテーブル３３Ｍとから、溶接部５１ｍの亀裂長さｓを推定して、フィンガージョイント５０の劣化の度合いを判定する（ステップＳ１５）。
次に、記憶手段３３に保存された音圧波形データを用いて、フィンガージョイント５０の発生音の音源方向である水平角θp及び仰角φpを推定する（ステップＳ１６）。
そして、音源方向（θp，φp）と劣化の度合いと表す円が表示された劣化診断用画像を作成し（ステップＳ１７）、この劣化診断用画像を表示装置の表示画面に表示する（ステップＳ１７）。
なお、劣化診断を継続する場合には、ステップＳ１１に戻って、フィンガージョイント５０の発生音の音圧信号とフェイスプレート５１の画像を採取する。
【００２２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【００２３】
例えば、前記実施の形態では、ジョイント部材をフィンガージョイント５０としたが、本発明はこれに限るものではなく、マウラージョイントなどのような、フェイスプレートとウェブプレートと、フェイスプレートとウェブプレートとに溶接される複数のリブプレートとを備えたものであれば、他の道路橋梁ジョイント部材であっても適用可能である。
また、前記実施の形態では、ｓ−Ｒテーブル３３Ｍを用いて推定した亀裂長さｓから、フィンガージョイント５０の劣化の度合いを判定したが、ピーク比Ｒ＝（ＰH/ＰL）から直接フィンガージョイント５０の劣化の度合いを判定してもよい。この場合も、複数の閾値Ｆ1，Ｆ2（Ｆ1＜Ｆ2）を設定し、Ｒ＜Ｆ1ならば劣化の度合いが「小」、Ｆ1≦Ｒ＜Ｆ2ならば劣化の度合いが「中」、Ｆ2≦Ｒならば劣化の度合いが「大」であると判定すればよい。
また、前記実施の形態では、劣化の度合いを判定を行ってから音源方向の推定を行ったが、音源方向の推定を先に行ってもよいし、劣化の度合いを判定と音源方向の推定とを並行して行ってもよい。
また、前記実施の形態では、平面板１３に、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４を、カメラ１２を中心とする正方形の各頂点に配置した音採取手段１１を用いたが、例えば、特許文献１に開示されているような、互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された第１及び第２のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）及び（Ｍ２，Ｍ４）と第１及び第２のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンＭ５とを備えた音採取手段を用いてもよい。
【００２４】
また、前記実施の形態では、車両通過時におけるフィンガージョイント５０からの発生音から、亀裂の発生したリブプレート５３の位置と劣化の度合いとを推定したが、ハンマー等の加振手段を用いてフェイスプレート５１を打撃したときフィンガージョイント５０からの発生音からフィンガージョイント５０の劣化を診断してもよい。この場合には、高速道路を一時通行止めしなけばならないので、深夜もしくは早朝に行う必要がある。
なお、フィンガージョイント５０に加振手段にて加振したときのピーク比Ｒ＝（ＰH/ＰL）が大きい場合には、加振点の近傍の、フェイスプレート５１とリブプレート５３との溶接部５１ｍの劣化が進展していると判定できるので、音源方向の推定を省略してもよいが、音源方向の推定を省略すると、劣化箇所の正確な位置が特定できないので、本例のように、音源方向を推定して劣化推定画像を作成することが好ましい。
【符号の説明】
【００２５】
１  ジョイント部材の劣化診断システム、１０  音・映像採取ユニット、
１１  音採取手段、１２  カメラ、１３  平面板、１４  支持台、１５  支持脚、
１６  温度センサー、
２０  データ処理装置、２１  音データ入出力手段、２２  映像入出力手段、
３０  記憶・演算装置、３３  データ記憶手段、３４  ピーク値算出手段、
３５  劣化度合い判定手段、３６  音源方向推定手段、３７  劣化診断用画像作成手段、４０  表示装置、４０Ｍ  表示画面、
５０  フィンガージョイント、５１  フェイスプレート、５１ｎ  櫛歯、
５２  ウェブプレート、５１ｍ，５２ｍ  溶接部、５３  リブプレート、
６０  橋桁、６１  路肩、Ｍ１〜Ｍ４  マイクロフォン。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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