(57)【要約】【課題】コンクリート構造物の版厚を常に正確に測定することができる方法及びシステムを提供する。【解決手段】測定対象のコンクリートに超音波を送り込んで、そのエコーの生波形を捉えるとともに、生波形から距離の影響を排除する補正処理をした処理波形を取得する。そして、生波形の振幅減衰終期に現れ、かつ、その後周波数低下を伴うピーク波形部分の出現時間が、処理波形に現れるピーク波形部分の出現時間と略一致するとき、このピーク波形部分を底面エコーとし、その出現時間と超音波がコンクリート内を伝搬する音速とに基づいてコンクリートの版厚を求める。【選択図】　　　図２
2004053266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象のコンクリートに超音波を送り込んで、そのエコーの生波形を捉え、
前記生波形から距離の影響を排除する補正処理をした処理波形を取得し、
前記生波形の振幅減衰終期に現れ、かつ、その後周波数低下を伴うピーク波形部分の出現時間が、前記処理波形に現れるピーク波形部分の出現時間と略一致するとき、その出現時間と超音波がコンクリート内を伝搬する音速とに基づいて前記コンクリートの版厚を求める
ことを特徴とするコンクリート構造物の版厚測定方法。
【請求項２】
測定対象のコンクリートに対して超音波を送り込んでそのエコーを捉える過程を複数回繰り返すことにより加算されたエコーの生波形を取得し、
前記生波形から距離の影響を排除する補正処理をした処理波形を取得し、
前記生波形の振幅減衰終期に現れ、かつ、その後周波数低下を伴うピーク波形部分の出現時間が、前記処理波形に現れるピーク波形部分の出現時間と略一致するとき、その出現時間と超音波がコンクリート内を伝搬する音速とに基づいて前記コンクリートの版厚を求める
ことを特徴とするコンクリート構造物の版厚測定方法。
【請求項３】
測定対象のコンクリートに超音波を送り込んで、そのエコーの生波形を捉えるエコー検出手段と、
前記生波形から距離の影響を排除する補正処理をした処理波形を取得する波形処理手段と、
前記生波形の振幅減衰終期に現れ、かつ、その後周波数低下を伴うピーク波形部分の出現時間が、前記処理波形に現れるピーク波形部分の出現時間と略一致するとき、その出現時間と超音波がコンクリート内を伝搬する音速とに基づいて前記コンクリートの版厚を求める演算手段と
を備えたことを特徴とするコンクリート構造物の版厚測定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート構造物の版厚を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
山の斜面に施工された擁壁やトンネルの内壁のように、版厚方向の片面が土中に埋まっているコンクリート構造物（無筋のもの）について、補修・補強等の工事を行うには、コンクリートの版厚を調べる必要がある。そこで、従来は、ドリルでコンクリート層に削孔し、ドリルがコンクリート層を抜ける瞬間の削孔負荷の急落と、そのときのドリルの削孔深さから版厚を測定するという方法が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば施工から長い年月を経て内部の劣化が進んでいるコンクリート構造物では、コンクリート層の削孔と、その奥の土石層の削孔との間に、削孔負荷の落差がほとんどない場合がある。このような場合には、上記のような方法では正確に版厚を測定することができない。
他方、超音波探査器を用いて版厚を測定しようとする試みもあるが、コンクリートの内部には、砂、骨材、無数の微小な空隙等、超音波を散乱させる要素が多く含まれているため、分厚い（２ｍ以上）コンクリート構造物の場合には特に、受信波から正確に版厚を測定することは困難である。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、コンクリート構造物の版厚を常に正確に測定することができる方法及びシステムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のコンクリート構造物の版厚測定方法は、測定対象のコンクリートに超音波を送り込んで、そのエコーの生波形を捉え、前記生波形から距離の影響を排除する補正処理をした処理波形を取得し、前記生波形の振幅減衰終期に現れ、かつ、その後周波数低下を伴うピーク波形部分の出現時間が、前記処理波形に現れるピーク波形部分の出現時間と略一致するとき、その出現時間と超音波がコンクリート内を伝搬する音速とに基づいて前記コンクリートの版厚を求めることを特徴としている（請求項１）。
上記のようなコンクリート構造物の版厚測定方法では、エコーの生波形の振幅減衰終期に現れるピークと、処理波形に現れるピークとが時期的に略一致するという条件で底面エコーを峻別することにより、確実に底面エコーを捉えて、版厚を測定することができる。
【０００６】
また、本発明のコンクリート構造物の版厚測定方法は、測定対象のコンクリートに対して超音波を送り込んでそのエコーを捉える過程を複数回繰り返すことにより加算されたエコーの生波形を取得し、前記生波形から距離の影響を排除する補正処理をした処理波形を取得し、前記生波形の振幅減衰終期に現れ、かつ、その後周波数低下を伴うピーク波形部分の出現時間が、前記処理波形に現れるピーク波形部分の出現時間と略一致するとき、その出現時間と超音波がコンクリート内を伝搬する音速とに基づいて前記コンクリートの版厚を求めるものであってもよい。
この場合、上記版厚測定方法（請求項１）と同様の作用に加えて、加算によってエコー波形に含まれているノイズが打ち消される。
【０００７】
また、本発明のコンクリート構造物の版厚測定システムは、測定対象のコンクリートに超音波を送り込んで、そのエコーの生波形を捉えるエコー検出手段と、前記生波形から距離の影響を排除する補正処理をした処理波形を取得する波形処理手段と、前記生波形の振幅減衰終期に現れ、かつ、その後周波数低下を伴うピーク波形部分の出現時間が、前記処理波形に現れるピーク波形部分の出現時間と略一致するとき、その出現時間と超音波がコンクリート内を伝搬する音速とに基づいて前記コンクリートの版厚を求める演算手段とを備えたものである（請求項３）。
上記のようなコンクリート構造物の版厚測定システムでは、エコーの生波形の振幅減衰終期に現れるピークと、処理波形に現れるピークとが時期的に略一致するという条件で峻別される底面エコーに基づいて、版厚を測定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態によるコンクリート構造物の版厚測定システムの構成を示す図である。図において、測定対象となる擁壁やトンネル内壁等のコンクリート構造物（無筋）１は、土石層２の上に形成されている。このようなコンクリート構造物１の表面に、超音波探査器本体部３に接続されたパルサー（発信側探触子）４とレシーバ（受信側探触子）５とを当てる。パルサー４及びレシーバ５は、超音波探査器本体部３と共に、超音波探査器を構成している。このような超音波探査器により、コンクリート構造物１内に送り込まれた超音波のエコー（反射波）を捉え、かつ、これを外部に出力することができる。また、超音波は種々の周波数を含むものとなっており、コンクリート構造物１に通りやすい周波数を選択することができるようになっている。なお、図示しているのは、パルサー４とレシーバ５とが別体の装置であるが、これらが一体の装置を用いてもよい。
【０００９】
上記超音波探査器本体部３のエコー出力端子３ａには、パソコン等の情報処理装置６が接続される。情報処理装置６は、搭載するアプリケーションソフトによって達成される機能として少なくとも、指令手段６ａと、表示手段６ｂと、波形処理手段６ｃと、演算手段６ｄとを有している。指令手段６ａは、超音波探査器本体部３に指令を与えて、パルサー４から超音波の発信を行わせる。表示手段６ｂは、レシーバ５が受け取るエコーの波形を情報処理装置６のディスプレイ上に表示する。また、波形処理手段６ｃ及び演算手段６ｄはそれぞれ、レシーバ５が受け取るエコーに対して後述する所定の処理を行う。なお、上記パルサー４、レシーバ５、超音波探査器本体部３、指令手段６ａ及び表示手段６ｂは、コンクリート構造物１に超音波を送り込んで、そのエコーの波形を捉えるエコー検出手段を構成している。
【００１０】
次に、上記のシステムを用いてコンクリート構造物１の版厚（２ｍ以上）を測定する方法について説明する。
まず予め、測定対象のコンクリート構造物１のうち、版厚が既知で、その値Ｔが１ｍ前後の箇所に対して上記システムにより超音波を発信し、そのエコー波形を受信して情報処理装置６の表示手段６ｂに表示させる。版厚が１ｍ前後の場合には、コンクリート内部の状態に関わらず、版厚の底面から反射して帰ってくる底面エコーが極めて明確に現れる。従って、その底面エコーの出現時間が、超音波の発信から時間Δｔ後であったとすると、Ｖｓ＝２Ｔ／Δｔより、当該コンクリート構造物１の内部を伝搬する超音波の音速Ｖｓがわかる。コンクリート構造物１内部における超音波の音速は、コンクリートの内部の状態によって異なるが、このようにして音速Ｖｓを実測することにより、その現場におけるコンクリート構造物１内部の状態に応じた正確な音速を把握することができる。
【００１１】
次に、版厚を測定したい箇所（推定版厚２ｍ以上）に、図１のようにパルサー４とレシーバ５とを設置して所定の出力電圧で超音波を発信させ、そのエコーを測定する過程を多数回（例えば２００回）繰り返す。そして、情報処理装置６の表示手段６ｂにおいて波形データを加算する。この加算によって、各エコー波形に含まれているノイズが打ち消され、よりＳ／Ｎ比の高いエコー波形が得られる。このエコー波形を表示手段６ｂにより表示すると、図２の（ａ）に示すような波形となる。ここでもし、振幅が大きすぎるか又は小さすぎる場合には、加算回数や出力電圧を適宜増減して適切な振幅が得られるようにする。なお、エコー波形は、超音波探査器において設定された測定レンジ（測定の長さの目安）が版厚に近いほど良好なデータが得られるので、測定レンジを変えて複数回採取することが好ましい。
【００１２】
コンクリート構造物１の内部に入った超音波は、内部で散乱し、あらゆる深さ位置からエコーとなって戻ってくる。このとき、パルサー４又はレシーバ５の位置から見て浅い位置からのエコーほど伝搬距離が短いため、減衰が少なく、振幅が大きくなる。また、パルサー４又はレシーバ５の位置から見て深い位置からのエコーほど伝搬距離が長いため、減衰が大きく、振幅が小さくなる。従って、時間を横軸として表示される図２の（ａ）の波形は、概ね自然な振幅減衰波形を基調としたものとなる。また、振幅減衰終期に大きなピーク（矢印Ａ）が現れ、その後、急速に減衰している。また、このピークを境として、エコーの周波数が低下している。これは、超音波に対する環境がコンクリートから土に変化したためであると考えられる。すなわち、このピークは、コンクリート構造物１の版厚方向における底面エコーであると推定することができる。そこで、表示手段６ｂの一機能としてのカーソル（例えば振幅方向への直線）を当該ピークに合わせる。
【００１３】
なお、上記ピークは、厳密には２本のピークである。２本のピークは互いに近接しているのでどちらのピークに着目しても良いが、真の底面エコーは後の１本であり、先に現れる方のピークは、底面近傍にできた骨材の層からのエコーであると考えられる。このような骨材の層は、コンクリートの打設時にバイブレータをかけることによって、型枠近傍の骨材が型枠から僅かに離れたところに寄り集まってできたものと考えられる。
【００１４】
続いて、波形処理手段６ｃにより、（ａ）に示す波形のデータの振幅を一定比で縮小し（（ｂ）参照）、さらにダイナミック相関フィルタの処理を行う。この処理により、距離による信号の減衰を補償して、距離の影響を排除する補正が行われる。また、信号を二乗してノイズを排除する。その結果、得られた処理波形が図２の（ｃ）である。そして、この処理波形のピークの出現位置（すなわち出現時間）が、先に設定したカーソルと一致（略一致でよい）することを確認する。こうして、カーソルを設定した位置（すなわち時間）が、底面エコーの位置であるとすることができる。そこで、演算手段６ｄにより、カーソルの位置に対応した時間の１／２に前述の音速Ｖｓを乗じて測定箇所の版厚を求め、表示手段６ｂにより表示する。
【００１５】
このようにして、エコーの生波形（図２の（ａ））の振幅減衰終期に現れるピークと、処理波形（図２の（ｃ））に現れるピークとが時期的に一致（略一致）するという条件で底面エコーを峻別することにより、確実に底面エコーを捉えて、版厚を正確に測定することができる。また、底面エコーは、コンクリート構造物１の内部の状態に関わらず常に得られるものである。従って、コンクリート内部の劣化状況に関わらず、常に確実に底面エコーの情報を得て、版厚を正確に求めることができる。
なお、コンクリート内部に欠陥（例えば亀裂や空隙）があるとダイナミック相関フィルタの処理により欠陥の波形が増大され、ピークとなって現れる場合もあるため、処理波形のみで判断するのは好ましくない。
【００１６】
なお、処理波形において明確にピークを抽出するためには、その基になっている生波形が、図２の（ａ）に示すような、自然な振幅減衰基調の波形である必要がある。例えば、図３の（ａ）に示すような減衰波形ではないエコー波形を得た場合には、何らかの理由で正常なエコーが来ていないと考えられる。このようなエコー波形に対して、同様の波形処理（ａ→ｂ→ｃ）を行っても、（ｃ）に示すようにピークが多数出現して、底面エコーを峻別することが困難になる。従って、エコー波形が図３の（ａ）のようなものであった場合には、超音波の周波数を変更する等により、自然な振幅減衰基調の波形が得られるように調整する必要がある。
【００１７】
なお、上記実施形態の版厚測定方法は、音速Ｖｓを測定した箇所におけるコンクリート内部の状況が、他の箇所でも同じであり、音速は当該現場のコンクリートのどの部分でも共通であるとの前提に基づいている。しかしながら、測定箇所ごとにコンクリートの内部状況が異なると予想される場合には、以下のような、音速の値の調整を含めた方法を用いてもよい。
すなわち、版厚測定箇所で得られたエコー波形には、コンクリート内部の劣化に関する情報が含まれている。例えば、コンクリート内部の劣化が進むほど、底面エコー以外のピークが乱雑に出やすくなり、音速は遅くなる。そこで、当該現場とは関係なく予め採取した健全なコンクリートについてのエコー波形と測定箇所のエコー波形とを比較検討し、主として底面エコーと思われるもの以外に現れるピークの多さや振幅の減衰状況に着目して、現場のコンクリートの状態を推定する。そして、推定した劣化の進行状態に応じて、音速の値を調整する（低下させる）。この推定は、このように調整した音速に基づいて求められた版厚の誤差を、他の方法で確認する等によりフィードバックして収束させれば、精度を高めることができる。
【００１８】
また、上記実施形態において、エコーの生波形は、連続した振幅波形を形成しているべきものであり、振幅の片半分が欠けている場合は、何らかの測定不良か、コンクリート内に異常（ジャンカ等）や異物（鉄筋等）が存在している可能性がある。測定不良ではないのに、このような波形の欠損が多い場合には、音速が低下している。従って、より正確な測定のためには、音速を前述のＶｓより低い目に設定して版厚を求めることが必要となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１のコンクリート構造物の版厚測定方法によれば、エコーの生波形の振幅減衰終期に現れるピークと、処理波形に現れるピークとが時期的に略一致するという条件で底面エコーを峻別することにより、確実に底面エコーを捉えて、版厚を正確に測定することができる。また、底面エコーは、コンクリート構造物の内部の状態に関わらず常に得られるものであるので、コンクリート内部の劣化状況に関わらず、常に確実に底面エコーの情報を得て、版厚を正確に求めることができる。
【００２０】
請求項２のコンクリート構造物の版厚測定方法によれば、請求項１の版厚測定方法と同様に効果に加えて、加算によってエコー波形に含まれているノイズが打ち消されるので、よりＳ／Ｎ比の高いエコー波形を得ることができる。従って、エコー波形中の底面エコーを容易に峻別することができる。
【００２１】
請求項３のコンクリート構造物の版厚測定システムによれば、エコーの生波形の振幅減衰終期に現れるピークと、処理波形に現れるピークとが時期的に略一致するという条件で峻別される底面エコーに基づいて、版厚を正確に測定することができる。また、底面エコーは、コンクリート構造物の内部の状態に関わらず常に得られるものであるので、劣化したコンクリートでも確実に底面エコーの情報を得て、版厚を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるコンクリート構造物の版厚測定システムの構成を示す図である。
【図２】エコーの生波形と、その処理波形とを示すグラフであり、生波形が良好な場合を示している。
【図３】エコーの生波形と、その処理波形とを示すグラフであり、生波形が不良な場合を示している。
【符号の説明】
１　　コンクリート構造物
３　　超音波測定器本体部
４　　パルサー
５　　レシーバ
６　　情報処理装置
６ａ　指令手段
６ｂ　表示手段
６ｃ　波形処理手段
６ｄ　演算手段
【図１】
2004053266.tif 000003
【図２】
2004053266.tif 000004
【図３】
2004053266.tif 000005