(57)【要約】【課題】測定対象の表面が曲面及び平坦面の何れにも容易に対応でき、かつ、コンパクトで挟所用としても対応可能な非破壊測定装置を提供すること。【解決手段】コンクリート構造物１１等の測定対象を衝撃弾性波を用いて非破壊で測定する装置であって、測定対象に接触させるセンサユニットＳと、センサユニットの出力に基づいて測定対象の力学的特性を演算処理可能な処理装置Ｐとを備える。センサユニットＳは、棒状の把持部材１４と、その把持部材の長手方向両端近くにそれぞれ設けられた二つのセンサ１２、１３とを有する。各センサは、測定対象に面接触可能な接触面１２ａ、１３ａと、その接触面の向きを変えることで前記測定対象に接触面を対向させる自在継ぎ手１５とをそれぞれ備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造物等の測定対象を衝撃弾性波を用いて非破壊で測定する装置であって、
前記測定対象に接触させるセンサユニットと、そのセンサユニットの出力に基づいて測定対象の力学的特性を演算処理可能な処理装置とを備え、
前記センサユニットは、棒状の把持部材と、その把持部材の長手方向両端近くにそれぞれ設けられた二つのセンサとを有し、
前記各センサは、前記測定対象に面接触可能な接触面と、その接触面の向きを変えることで前記測定対象に接触面を対向させる自在継ぎ手とをそれぞれ備えている、非破壊測定装置。
【請求項２】
前記センサユニットは、測定対象の表面に打撃を加えたときに発生する衝撃弾性波の波動信号を検出し、前記処理装置は、前記二つのセンサ間において伝搬する表面波の減衰度合いから測定対象のひび割れ深さを測定する機能を有している、請求項１に記載の非破壊測定装置。
【請求項３】
前記各センサは、前記支持部材に取り付けられるセンサ本体と、前記測定対象に面接触可能な接触面を有する接触部とを含み、前記接触部が、前記センサ本体に自在継ぎ手を介して接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の非破壊測定装置。
【請求項４】
前記各センサは、前記支持部材に取り付けられるセンサ本体と、前記測定対象に面接触可能な接触面を有する接触部とを含み、前記支持部材が、前記把持部材に対して自在継ぎ手を介して接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の非破壊測定装置。
【請求項５】
コンクリート構造物等の測定対象を衝撃弾性波を用いて非破壊で測定する際に、前記測定対象に接触させる非破壊測定装置のセンサユニットであって、
前記センサユニットは、棒状の把持部材と、その把持部材の長手方向両端近くにそれぞれ設けられた二つのセンサとを有し、
前記各センサは、前記測定対象に面接触可能な接触面と、その接触面の向きを変えることで前記測定対象に接触面を対向させる自在継ぎ手とをそれぞれ備えている、非破壊測定装置のセンサユニット。
【請求項６】
前記二つのセンサ間の間隔が２００ｍｍ前後に設定されている、請求項５に記載の非破壊測定装置のセンサユニット。
【請求項７】
前記二つのセンサの少なくとも一方のセンサ側に、測定対象の表面を打撃して衝撃弾性波を発生させるための打撃装置が設けられている、請求項５に記載の非破壊測定装置のセンサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物等の測定対象の力学特性を衝撃弾性波を用いて非破壊で測定する装置及びそのセンサユニットの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、既設コンクリート構造物の力学特性（コンクリート強度や剛性）を測定する方法としては、（１）コア採取し、耐圧試験機を用いて圧縮強度を測定する方法（破壊試験）、（２）コンクリート表面の反発度や弾性波の伝搬速度から圧縮強度を推定する方法（非破壊試験）が代表的である（特許文献１）。
【０００３】
非破壊試験方法は、コンクリート構造物のひび割れ深さの測定にも適用されている。このひび割れ深さの測定には、従来から超音波法が実用化されているが、測定にあたり１００Ｖの電源が必要なためやや機動性に欠けることと、波形の読み取りに熟練度を要することから、近年では衝撃弾性波を用いた測定方法も採用されている。
【０００４】
図７に、衝撃弾性波を用いたひび割れ深さ測定装置のセンサユニットの従来例を示す。この測定装置は、コンクリート構造物１の表面に、そのひび割れ１ａを跨ぐように設置される発信側センサ２及び受信側センサ３を備えている。これら発信側センサ２及び受信側センサ３はそれぞれの接触面２ａ、３ａがコンクリート構造物１の表面に面接触可能な状態で、筒状の容器２ｂ、３ｂ内に収容されている。筒状の容器２ｂ、３ｂは把手を兼ねた連結棒４の両端部にボルト５ａ、ナット５ｂによって取り付けられている。
【０００５】
各センサ２、３には、接触面２ａ、３ａで検出した衝撃弾性波（波動信号）を電気信号として出力する出力端子２ｃ、３ｃがそれぞれ設けられている。そして、この出力端子２ｃ、３ｃには、一端側がパソコンの外部入力端子に接続される信号ケーブルの他端側（パソコン及び信号ケーブルはいずれも図示せず）がそれぞれ接続される。
【０００６】
ひび割れ深さの測定では、センサ２付近のコンクリート構造物１の表面をハンマー６で打撃して振動を与え、センサ２、３間において伝搬する表面波の減衰度合いからひび割れ１ａの深さを測定（パソコンにて演算処理）する。
【特許文献１】特開２００４−１５０９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この衝撃弾性波を用いた従来のひび割れ深さ測定装置では、特に、センサユニットＳ自体が大規模なコンクリート構造物用として開発されていて、図７に示すようにその長さＬも４００ｍｍ前後に及び、サイズの大きいものとなっていたが、ほぼ無限に広がるコンクリート壁面を対象としていたことから、平坦な接触面を有する接触部（圧着プレート）が僅かしか変化しなくても問題なかった。
【０００８】
しかし、地中線構造物ではスラブ厚（壁厚）が薄く、鉄筋の被り程度のひび割れが測定対象となるため、ひび割れ探査システム自体をよりコンパクトなものとする必要性から小型化への改良が必要である。また、洞道設備構造によっては、矩形断面やアーチ状のシールド断面があり、更に洞道内はケーブル等が輻輳しているため、曲面対応可能で狭所用としても対応が必要な形状で製作する必要がある。
【０００９】
よって、本発明の課題は、測定対象の表面が曲面及び平坦面の何れにも容易に対応でき
、かつ、コンパクトで挟所用としても対応可能な非破壊測定装置及びそのセンサユニットを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明では以下の手段を採用した。
本発明は、コンクリート構造物等の測定対象を衝撃弾性波を用いて非破壊で測定する装置であって、測定対象に接触させるセンサユニットと、センサユニットの出力に基づいて測定対象の力学的特性を演算処理可能な処理装置とを備え、前記センサユニットは、棒状の把持部材と、その把持部材の長手方向両端近くにそれぞれ設けられた二つのセンサとを有し、前記各センサは、前記測定対象に面接触可能な接触面と、その接触面の向きを変えることで前記測定対象に接触面を対向させる自在継ぎ手とをそれぞれ備えている。
【００１１】
本発明によれば、センサユニットの各センサは、測定対象に面接触可能な接触面と、その接触面の向きを変えることで測定対象に接触面を対向させる自在継ぎ手とをそれぞれ備えているので、測定対象の表面が湾曲していても、その表面に各センサの接触面が面接触するように自在に調整することができる。この調整は、把持部材を片手に持ち、各センサの接触面を測定対象に押し付けるだけの簡易な操作で行うことができる。これにより、洞道のようなアーチ状曲面を有する測定対象にも対応可能な上に、一人での操作（センサユニットの固定と打撃が同時に作業できる）も可能になり、その分、作業性を良くすることができる。
【００１２】
本発明において、前記センサユニットは、測定対象の表面に打撃を加えたときに発生する衝撃弾性波の波動信号を検出し、前記処理装置は、前記二つのセンサ間において伝搬する表面波の減衰度合いから測定対象のひび割れ深さを測定する機能を有していることが望ましい。このようにした場合、特に深いひび割れに対して測定精度を高めることができる。
【００１３】
本発明において、前記各センサは、前記支持部材に取り付けられるセンサ本体と、前記測定対象に面接触可能な接触面を有する接触部とを含み、前記接触部が、前記センサ本体に自在継ぎ手を介して接続されていることが望ましい。このように構成した場合、自在継ぎ手の部分から接触部が可動になり、その接触面が測定対象に対して自在に面接触可能になる。また、例えば可変式球座を用いた自在継ぎ手を接触部内に納めることも可能になるので、コンパクトな構成とすることができ、その分、小型化を図ることができる。
【００１４】
本発明において、前記各センサは、前記支持部材に取り付けられるセンサ本体と、前記測定対象に面接触可能な接触面を有する接触部とを含み、前記支持部材は、前記把持部材に対して自在継ぎ手を介して接続されている構成とすることもできる。このように構成した場合、自在継ぎ手の部分から支持部材と共にセンサ全体が可動になり、その接触面が測定対象に対して自在に面接触可能になる。また、この場合には、自在継ぎ手として、小型化が可能な可変式球座以外の種々の構造のものも適用することができる。
【００１５】
一方、本発明は、コンクリート構造物等の測定対象を衝撃弾性波を用いて非破壊で測定する際に、前記測定対象に接触させる非破壊測定装置のセンサユニットであって、前記センサユニットは、棒状の把持部材と、その把持部材の長手方向両端近くにそれぞれ設けられた二つのセンサとを有し、前記各センサは、前記測定対象に面接触可能な接触面と、その接触面の向きを変えることで前記測定対象に接触面を対向させる自在継ぎ手とをそれぞれ備えていることを特徴としている。
【００１６】
ここで、センサユニットの小型化について配慮した場合、前記二つのセンサ間の間隔が２００ｍｍ前後に設定されていることが望ましい。この範囲の大きさであれば、ケーブル
等が輻輳した洞道内での取り扱いが容易になるのに加え、隣接する複数のひび割れを跨いでの測定を回避することができる。
【００１７】
本発明においては、前記二つのセンサの一方のセンサ側に、測定対象の表面を打撃して衝撃弾性波を発生させるための打撃装置が設けられていることが望ましい。このように構成すれば、ハンマーの携帯を不要にできるだけでなく、特にケーブル等が輻輳していて、ハンマーを振り下ろせないような洞道内での測定作業を極めて容易にすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る非破壊測定装置及びそのセンサユニットによれば、測定対象の表面が曲面及び平坦面の何れにも容易に対応でき、かつ、コンパクトで挟所用としても対応可能であり、これにより、ひび割れ深さ等も高精度に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る非破壊測定装置のセンサユニットを示す斜視図である。図２はセンサに設けた自在継ぎ手の構造を示す断面図である。図３はセンサユニットのセンサの取り付け構造を示す分解斜視図である。図４は非破壊測定装置の使用例と概略構成を示す説明図である。
【実施例１】
【００２０】
この実施例に係る非破壊測定装置は、図１〜図４に示すように、洞道等のコンクリート構造物（測定対象）１１を衝撃弾性波を用いて非破壊で測定する装置であって、コンクリート構造物１１に接触させるセンサユニットＳと、信号ケーブル１０を介して接続されたノート型パソコン（処理装置）Ｐとを備えている。
【００２１】
センサユニットＳは、棒状の把持部材１４と、その把持部材１４の長手方向両端近くにそれぞれ設けられた二つのセンサ（発信側センサ１２、受信側センサ１３）とを有している。各センサ１２、１３は、コンクリート構造物１１の湾曲した内面１１ｂに面接触可能な接触面１２ａ、１３ａと、その接触面１２ａ、１３ａの向きを変えることで内面１１ｂに各接触面を対向させる自在継ぎ手（図２参照）１５とをそれぞれ備えている。
【００２２】
このセンサユニットＳの各センサ１２、１３も、従来例で示したものと同様に、コンクリート構造物１１の表面１１ｂに打撃を加えたときに発生する衝撃弾性波の波動信号を検出し、それを外部（パソコンＰ）へ電気信号として出力する出力端子１２ｃ、１３ｃを備えている。そして、この出力端子１２ｃ、１３ｃには、一端側がパソコンＰの外部入力端子に接続される信号ケーブル１０の他端側がそれぞれ接続されている。
【００２３】
パソコンＰは、センサユニットＳの出力に基づいてコンクリート構造物１１の力学的特性（剛性や強度）を演算処理し、その処理結果をグラフや表などを含む画像データに変換してディスプレイｄに表示可能な機能を備えている。この力学的特性については、コンクリート構造物１１を打撃したときに発生する衝撃弾性波の波動信号を、二つのセンサ１２、１３で検出し、二つのセンサ間における表面波の走行速度に基づいて剛性や強度、ひび割れ深さ等を求めることができる。
【００２４】
更に、このパソコンＰは、予め記憶されたプログラムに基づいて二つのセンサ１２、１３間において伝搬する表面波の減衰度合いからコンクリート構造物１１のひび割れ深さ１１ａを演算処理し、その処理結果をディスプレイｄに表示可能な機能を有している。
【００２５】
この実施例の各センサ１２、１３は、Ｌ形又はコ形の支持部材１６に取り付けられるセンサ本体１２１、１３１と、コンクリート構造物１１の内面１１ｂに面接触可能な接触面
１２ａ、１３ａを有する接触部１２２、１３２とを含み、接触部１２２，１３２が、センサ本体１２１，１３１に自在継ぎ手１５、１５を介してそれぞれ接続されている。
【００２６】
自在継ぎ手１５には、この実施例では図２に示すように可変式球座タイプのものが採用されている。センサ１２、１３は基本的に同一構造であるので、センサ１２について述べる。接触部１２２は、底面が平坦な円形の接触面１２ａに形成され、上面中央に球座１２ｄが形成された樹脂部材１２ｂと、それらを覆う金属カバー１２ｅとにより構成されている。
【００２７】
自在継ぎ手１５の一部を構成するネジ軸１５１の下端部は球座１２ｄ内に嵌合される球形頭部１５２に形成されている。ネジ軸１５１の上端側は支持部材１６の支持片１６１の穴１６２を貫通してセンサ本体１２１内にねじ込まれている。支持片１６１の下面側には、ネジ軸１５１の締め付けナット１７がねじ込まれている。ネジ軸１５１の先端はセンサ本体１２１内のセンサー部に直接接触させた構造としている。
【００２８】
各センサ１２、１３をこのように構成することで、自在継ぎ手１５の部分から接触部１２２、１３２が可動になり、その接触面１２ａ，１３ａがコンクリート構造物１１の湾曲した内面１１ｂに対して自在に面接触可能になる。また、このように可変式球座を用いた自在継ぎ手１５を接触部１２２内に納めることも可能になるので、コンパクトな構成とすることができ、その分、小型化を図ることができる。
【００２９】
この実施例のセンサユニットＳは、小型化について配慮して、二つのセンサ１２、１３間の間隔が２００ｍｍ前後に設定されている。この範囲の間隔（長さ）とすることで、コンクリート構造物１が洞道の場合、ケーブル等が輻輳した洞道内での取り扱いが容易になるのに加え、隣接する複数のひび割れを跨いでの測定を回避することが可能になる。二つのセンサ間の間隔が従来のように４００ｍｍにも及ぶ場合、複数のひび割れ部分を跨いで測定する形態となるからである。
【００３０】
実施例によれば、センサユニットＳの各センサ１２、１３は、コンクリート構造物１１に面接触可能な接触面１２ａ、１３ａと、その接触面１２ａ、１３ａの向きを変えることでコンクリート構造物１１に接触面を対向させる自在継ぎ手１５とをそれぞれ備えているので、コンクリート構造物１１の内面１１ｂが湾曲していても、その内面１１ｂに各センサ１２、１３の接触面１２ａ、１３ａが面接触するように自在に調整することができる。
【００３１】
この調整は、把持部材１４を片手に持ち、図４に示すように各センサ１２、１３の接触面１２ａ、１３ａをコンクリート構造物１１の内面１１ｂに押し付けるだけの簡易な操作で行うことができる。これにより、洞道のようなアーチ状曲面を有するコンクリート構造物にも対応可能な上に、一人での操作（センサユニットＳの固定と打撃が同時に作業できる）も可能になり、その分、作業性を良くすることができる。
【実施例２】
【００３２】
図５は本発明の実施例２を示す正面図である。なお、この実施例２において実施例１と共通する構成要素については同一の符号を付してその説明を簡略化する。この実施例２では、各センサ１２、１３は、コ形状の支持部材１８、１８に取り付けられるセンサ本体１２１、１３１と、コンクリート構造物１１の内面１１ｂに面接触可能な接触面１２ａ、１３ａを有する接触部１２２、１３２とを備えている。そして、コ形状の支持部材１８は、把持部材１４に対して自在継ぎ手２５、２５を介してそれぞれ接続されている。従って、この実施例では、接触部１２２、１３２とセンサ本体１２１、１３１との間に自在継ぎ手は設けられていない。
【００３３】
把持部材１４の両端側には、Ｌ形状の支持部材１６、１６が設けられ、このＬ形状の支持部材１６と、コ形状の支持部材１８との間に、実施例１と同様な可変式球座タイプの自在継ぎ手２５が設けられている。
【００３４】
このように構成した場合、自在継ぎ手２５、２５の部分からコ形状の支持部材１８、１８と共にセンサ１２、１３全体が可動になり、その接触面１２ａ、１３ａがコンクリート構造物１１ｂに対して自在に面接触可能になる。また、この場合には、自在継ぎ手２５として、小型化が可能な可変式球座以外の例えば多関節タイプなど種々の構造のものも適用することができる。
【実施例３】
【００３５】
図６は本発明の実施例３を示すセンサユニットの斜視図である。なお、この実施例３において実施例１と共通する構成要素については同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【００３６】
この実施例３のセンサユニットＳでは、二つのセンサ１２、１３の一方のセンサ（発信側センサ）１２側に、測定対象１１の表面１１ｂを打撃して衝撃弾性波を発生させるための打撃装置３０が設けられている点に特徴がある。即ち、この打撃装置３０は、発信側センサ１２のＬ形状又はコ形状の支持部材１６に対して取り付けられた板バネ３１と、板バネ３１の自由端近くの下面側に設けられた打撃用凸部３２とを備えている。打撃用凸部３２は鋼棒等の金属で形成されていて、ゴム等の弾性材３３を介して板バネ３１に取り付けられている。
【００３７】
板バネ３１は手指の操作で湾曲させることが可能な薄い金属板により形成され、その基端側が支持部材１６の支持片１６１の下面側に固定されている。固定方法としてはネジ止めの他に溶着や接着等を採用することができる。この実施例では、ネジ軸１５１の締め付けナット１７を利用して固定した例を示している。
【００３８】
この実施例のセンサユニットＳによれば、手指の操作によって板バネ３１をはじくことで、その打撃用凸部３２により、いわゆるハンマー代わりに衝撃弾性波を発生させることができる。これにより、ハンマーの携帯を不要にできるだけでなく、特にケーブル等が輻輳していて、ハンマーを振り下ろせないような洞道内での測定作業を極めて容易にすることができる。ここで、板バネ３１と打撃用凸部３２との間に弾性材３３を設けた理由は、打撃用凸部３２から板バネ３１を経由してセンサ１２へ衝撃弾性波が伝達され難い構造とするためである。なお、この打撃装置３０は手動に限らず電動式としても良い。
【００３９】
なお、以上の実施例では、洞道等のコンクリート構造物のひび割れ深さを測定する際に好適な例について述べたが、ひび割れ深さの他に、コンクリート構造物の剛性や強度等の力学的特性の測定にも本発明を適用することができる。更に、測定対象が、コンクリート構造物以外のものにも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１に係る非破壊測定装置のセンサユニットを示す斜視図である。
【図２】実施例１に係るセンサに設けた自在継ぎ手の構造を示す断面図である。
【図３】実施例１に係るセンサユニットのセンサの取り付け構造を示す分解斜視図である。
【図４】実施例１に係る非破壊測定装置の使用例と概略構成を示す説明図である。
【図５】実施例２に係るセンサユニットの一部断面正面図である。
【図６】実施例３に係るセンサユニットの斜視図である。
【図７】従来のセンサユニットの構成と使用方法を示す一部断面正面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  信号ケーブル
１１  コンクリート構造物（測定対象）
１１ａ  ひび割れ
１１ｂ  内面（表面）
１２、１３  センサ
１２ａ、１３ａ  接触面
１２１、１３１  センサ本体
１２２、１３２  接触部
１４  把持部材
１５、２５  自在継ぎ手
１６、１８  支持部材
３０  打撃装置
３１  板バネ
３２  打撃用凸部
３３  弾性材
Ｓ  センサユニット
Ｐ  パソコン（処理装置）
【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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