(57)【要約】【課題】コンクリート構造物内の欠陥部について、その種類、深さ又は厚み等の従来よりもさらに詳細な判定を行うこと。【解決手段】電磁波をコンクリート構造物に送信すると共に反射波を受信し、測定された内部欠陥反射波の初動ピークに関するＡ／Ｇ及び往復伝播時間ｔと次式との関係によりＡ０・ｒを求め、このＡ０・ｒに基づいて欠陥部の種別を判別する。ｌｎ（Ａ／Ｇ）＝−（α・Ｖ・ｔ）＋ｌｎ（Ａ０・ｒ）但し、Ａは測定器に記録される振幅、Ｇは増幅率、αはコンクリート中の振幅の減衰率、Ｖは電磁波速度、Ａ０  は送信アンテナから送信された電磁波のコンクリート表面における初期振幅、ｒは内部欠陥での電磁波の反射率である。【選択図】    図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波をコンクリート構造物に送信すると共に反射波を受信することによりこのコンクリート構造物の内部を検査する電磁波によるコンクリート検査方法であって、測定された内部欠陥反射波の初動ピークに関するＡ／Ｇ及び往復伝播時間ｔと次式（１）との関係によりＡ０・ｒを求め、このＡ０・ｒに基づいて欠陥部の種別を判別することを特徴とする電磁波によるコンクリート検査方法。
ｌｎ（Ａ／Ｇ）＝−（α・Ｖ・ｔ）＋ｌｎ（Ａ０・ｒ）      （１）
但し、Ａは測定器に記録される振幅、Ｇは増幅率、αはコンクリート中の振幅の減衰率、Ｖは電磁波速度、Ａ０  は送信アンテナから送信された電磁波のコンクリート表面における初期振幅、ｒは内部欠陥での電磁波の反射率である。
【請求項２】
前記Ａ／Ｇ及び前記往復伝播時間ｔの測定を欠陥等の深度の異なる複数箇所で行うことにより、上記式（１）から最小二乗法によりＡ０・ｒ及びαを求めることを特徴とする請求項１に記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項３】
測定された前記反射波の初動ピーク（Ｐ）の往復伝播時間ｔと前記コンクリート構造物内部の電磁波速度とから対象部の深さを求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項４】
前記電磁波の周波数を欠陥部の予想厚みよりもこの電磁波の半波長が小さくなるように前記周波数を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項５】
電磁波をコンクリート構造物に送信すると共に反射波を受信することによりこのコンクリート構造物の内部を検査する電磁波によるコンクリート検査方法であって、測定された欠陥信号から健全部信号を除去すると共に包絡線処理を行った処理信号におけるピークを有する主信号に対する他のピークを有する背面信号の有無により欠陥部がジャンカ部であるか否かの判定を行うことを特徴とする電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項６】
前記主信号のピークと背面信号のピークとの差により前記ジャンカ部の厚みを求めることを特徴とする請求項５に記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項７】
前記主信号の後に生ずる僅かな前面繰り返し信号により前記欠陥部が空洞部であるか否かの判定を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項８】
前記処理信号が整流されており、前記包絡線処理が解析的信号処理によりなされるものである請求項５〜７のいずれかに記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項９】
電磁波をコンクリート構造物に送信すると共に反射波を受信することによりこのコンクリート構造物の内部を検査する電磁波によるコンクリート検査方法であって、湾曲して撮影される平板状基準体の湾曲像における各点の座標を複数用いて前記平板状基準体の深さと前記コンクリート中の平均電磁波速度とを求め、この平均電磁波速度により欠陥部がジャンカ部であるか否かを判定することを特徴とする電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項１０】
前記平均伝播速度の変化量から前記ジャンカ部の厚みを算出することを特徴とする請求項９に記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項１１】
前記湾曲像の消失により空洞部の存在を判定することを特徴とする請求項９又は１０に記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項１２】
前記平均電波速度が健全部とほぼ同様で反射波が表れた場合に低強度部が存在すると判定することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項１３】
前記平板状基準体がトンネルの支保工である請求項９〜１２のいずれかに記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項１４】
前記平板状基準体の深さと前記平均電磁波速度とを最小二乗法により求めることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項１５】
電磁波をコンクリート構造物に送信すると共に反射波を受信することによりこのコンクリート構造物の内部を検査する電磁波によるコンクリート検査方法であって、測定された欠陥信号から健全部信号を除去すると共にこの信号のパワースペクトルを求め、求められたパワースペクトル形状と、あらかじめ求めた空洞部パワースペクトル形状及びジャンカ部パワースペクトル形状との近似判定により欠陥部の種類を判定することを特徴とする電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項１６】
パワースペクトルより得られる複数のパラメーターについて測定反射波のマハラノビス距離を求めることにより前記近似判定を行うことを特徴とする請求項１５に記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項１７】
前記パラメーターがコンクリートの材齢を有していることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項１８】
前記パラメーターが前記パワースペクトルの平均周波数ν１、標準偏差周波数（μ２）１／２、歪度μ３／（μ２）３／２及び／又は尖度μ４／（μ２）２−３を有していることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれかに記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項１９】
請求項１〜８のいずれか又は請求項９〜１８のいずれかに記載の方法を双方実施することを特徴とする電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項２０】
請求項１〜４、請求項５〜８のいずれか、請求項９〜１４のいずれか又は請求項１５〜１８のいずれかの４群のうち少なくとも２群から選ばれた方法を実施することを特徴とする電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項２１】
前記実施される２以上の検査方法において、使用される電磁波の周波数を異ならせたことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の電磁波によるコンクリート検査方法。
【請求項２２】
電磁波を送信する送信アンテナと、コンクリート構造物からの反射電磁波を受信するための受信アンテナと、受信波の測定を行う測定器とを備えた請求項１〜２１のいずれかに記載の電磁波によるコンクリート検査方法に使用する電磁波によるコンクリート検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波によるコンクリート検査方法及び電磁波によるコンクリート検査装置に関するものである。さらに詳しくは、電磁波をコンクリート構造物に送信すると共に反射波を受信することによりこのコンクリート構造物の内部を検査する電磁波によるコンクリート検査方法及びこれに用いる電磁波によるコンクリート検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トンネル等のコンクリート構造物の安全性に対する要求が高まり、種々の非破壊検査法が研究されている。コンクリート構造物の健全性を評価する上で、表面に表れたクラック、ジャンカといった欠陥ばかりでなく、表面付近の内部に隠れた空洞、ジャンカ、低強度のような欠陥を検出することが重要であると考えられる。
【０００３】
内部欠陥を検出する手法としては、打音法、赤外線法、超音波法、電磁波検査である地下レーダー探査等が挙げられる。このうち、電磁波検査は、測線沿いの連続測定を迅速にできるとともに定量的な検出が可能であり、また他の手法に比べてかぶり厚さが深い部位まで可能であり、多くの長所を備えた検査法である。この種の電磁波検査としては、次の特許文献１に記載の如きものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２５７７４４号公報
【０００５】
同文献によれば、画像機器及び赤外線検出器等を電磁波レーダーと共に用い、トンネル等のコンクリートの健全性を非接触で検知しようとしている。
【０００６】
しかし、同文献ではトンネルコンクリートにおける背面空洞の存在を検知するに留まり、他の検査項目と互いに補完関係を形成することで、検査の信頼性を向上させようとするものであった。したがって、欠陥部の種類や欠陥部の位置や規模等、さらに明確な定性的又は定量的な判断を行うことができなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、コンクリート構造物内の欠陥部について、その種類、深さ又は厚み等の従来よりもさらに詳細な判定を行うことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る電磁波によるコンクリート検査方法の特徴は、電磁波をコンクリート構造物に送信すると共に反射波を受信することによりこのコンクリート構造物の内部を検査する電磁波によるコンクリート検査方法であって、測定された内部欠陥反射波の初動ピークに関するＡ／Ｇ及び往復伝播時間ｔと次式（１）との関係によりＡ０・ｒを求め、このＡ０・ｒに基づいて欠陥部の種別を判別することにある。
【０００９】
ｌｎ（Ａ／Ｇ）＝−（α・Ｖ・ｔ）＋ｌｎ（Ａ０・ｒ）      （１）
但し、Ａは測定器に記録される振幅、Ｇは増幅率、αはコンクリート中の振幅の減衰率、Ｖは電磁波速度、Ａ０  は送信アンテナから送信された電磁波のコンクリート表面における初期振幅、ｒは内部欠陥での電磁波の反射率である。なお、Ａ０  はコンクリート表面の状態が変化しない限り使用するアンテナの種類毎にほぼ一定である。
【００１０】
具体的には、前記Ａ／Ｇ及び前記往復伝播時間ｔの測定を欠陥等の深度の異なる複数箇所で行うことにより、上記式（１）から最小二乗法によりＡ０・ｒ及びαを求める。
【００１１】
上記特徴に加え、測定された反射波の初動ピークの往復伝播時間と前記コンクリート構造物内部の電磁波速度とから対象部の深さを求めるようにしてもよい。すなわち、同特徴によれば、支保工や欠陥部等の対象部の深さという定量的な値を具体的に求めることが可能になる。なお、コンクリート構造物内部の電磁波速度はワイドアングル法等を用いて求めればよい。
【００１２】
また、前記電磁波の周波数を欠陥部の予想厚みよりもこの電磁波の半波長が小さくなるように前記周波数を設定することが望ましい。
【００１３】
一方、電磁波をコンクリート構造物に送信すると共に反射波を受信することによりこのコンクリート構造物の内部を検査する電磁波による方法において、欠陥部の種別をより具体的に判別するには、測定された欠陥信号から健全部信号を除去すると共に包絡線処理を行った処理信号におけるピークを有する主信号に対する他のピークを有する背面信号の有無により欠陥部がジャンカ部であるか否かの判定を行うことが望ましい。
【００１４】
そして、前記主信号のピークと背面信号のピークとの差により前記ジャンカ部の厚みを求めることができる。
【００１５】
また、経験的に、前記主信号の後に生ずる僅かな前面繰り返し信号により前記欠陥部が空洞部であるか否かの判定を行うことができる。
【００１６】
より具体的には、前記処理信号が整流されており、前記包絡線処理が解析的信号処理によりなされるようにするとよい。包絡線処理はヒルベルト変換を始め、種々の処理を適宜用いることができる。これらの処理はソフトウエア上の処理に限らず、整流回路やローパスフィルタを用いたハードウエア上の処理で実現することも可能である。
【００１７】
本発明の別の構成は、電磁波をコンクリート構造物に送信すると共に反射波を受信することによりこのコンクリート構造物の内部を検査する方法であって、湾曲して撮影される平板状基準体の湾曲像における各点の座標を複数用いて前記平板状基準体の深さと前記コンクリート中の平均電磁波速度とを求め、この平均電磁波速度により欠陥部がジャンカ部であるか否かを判定することができる。
【００１８】
そして、前記平均伝播速度の変化量から前記ジャンカ部の厚みを算出することができる。また、前記湾曲像の消失により空洞部の存在を判定することもできる。
【００１９】
前記平均電磁波速度が健全部とほぼ同様で反射波が表れた場合に低強度部が存在すると判定することもできる。
【００２０】
具体的には、前記平板状基準体がトンネルの支保工である。また、平板状基準体の深さと前記平均電磁波速度とを最小二乗法により求めることを特徴とする。
【００２１】
本発明のさらに別の構成は、電磁波をコンクリート構造物に送信すると共に反射波を受信することによりこのコンクリート構造物の内部を検査する方法であって、測定された欠陥信号から健全部信号を除去すると共にこの信号のパワースペクトルを求め、求められたパワースペクトル形状と、あらかじめ求めた空洞部パワースペクトル形状及びジャンカ部パワースペクトル形状との近似判定により欠陥部の種類を判定することにある。パワースペクトルより得られる複数のパラメーターについて測定反射波のマハラノビス距離を求めることにより前記近似判定を行う。この場合、前記パラメーターがコンクリートの材齢を有していることが望ましい。また、前記パラメーターが前記パワースペクトルの平均周波数ν１、標準偏差周波数（μ２）１／２、歪度μ３／（μ２）３／２及び／又は尖度μ４／（μ２）２−３を有していてもよい。
【００２２】
上記方法は相互に組み合わせることもできる。例えば、請求項１〜８のいずれか又は請求項９〜１８のいずれかに記載の方法を双方実施するようにしてもよい。前者は周波数に欠陥部の厚みとの相関があり、後者にはその相関による制約が存在しないからである。
【００２３】
また、請求項１〜４、請求項５〜８のいずれか、請求項９〜１４のいずれか又は請求項１５〜１８のいずれかの４群のうち少なくとも２群から選ばれた方法を実施してもよい。これらにより、欠陥部の種別判定がより確実となる。
【００２４】
そして、実施される２以上の検査方法において、使用される電磁波の周波数を異ならせてもよい。周波数を異ならせることで、検査毎の異なる特徴を利用することが可能となるからである。
【００２５】
一方、本発明に係るコンクリート検査装置の特徴は、電磁波を送信する送信アンテナと、コンクリート構造物からの反射電磁波を受信するための受信アンテナと、受信波の測定を行う測定器とを備えたことにある。
【００２６】
【発明の効果】
このように、上記本発明に係る電磁波によるコンクリート検査方法の特徴によれば、電磁波の減衰、欠陥部の速度差、平板状基準体、パワースペクトルの形状特徴を巧みに用いることで、コンクリート構造物内の欠陥部について、その種類、深さ又は厚み等に関し、従来よりもさらに詳細な判定を行うことが可能となった。また、複数方法を相互補完的に組み合わせることにより、より判定の制度を高めることが可能になった。
【００２７】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下に示す発明の実施の形態の項で明らかになるであろう。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
まず、実験のために作成したコンクリートモデルは図１に示すように、トンネル覆工を模したもので、Ｈ型鋼の上の厚さ４０ｃｍの通常コンクリート（Ｎ−１８、ＪＩＳ規格）の中に、空洞、モルタル不足のジャンカ、水分過多による低強度という３種類の内部欠陥を、厚さを５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍの３通り、かぶりを１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍの３通り変えて配置した。
【００２９】
通常強度コンクリート、低強度コンクリート及びジャンカの配合を表１に、通常強度と低強度について、φ１００ｍｍ、ｈ＝２００ｍｍの供試体を作成して行った室内試験の結果を図２〜５に示す。このように、通常強度と低強度とでは一軸圧縮強度、超音波速度などで有意な差があることを確認している。なお、ジャンカについては異なる配合の供試体を４種類作成し、中心周波数１５００ＭＨｚのアンテナにより測定し、反射波の出現状況から最終的な配合を決めた。その時の電磁波速度は１５ｃｍ／ｎｓであった。また空洞には電磁波速度２７ｃｍ／ｎｓの発泡スチロ−ルを用いた。作成したコンクリートモデルを図６に、内部に埋設した欠陥模型の状況を図７に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
測定には、米国ＧＳＳＩ社（Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｕｒｖｅｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｉｎｃ．）の商品名ＳＩＲ−２なる測定装置を利用した。アンテナにはダイポールアンテナを利用し、中心周波数によって透過深度や分解能が異なることから、１５００ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、４００ＭＨｚのものを使用した。測定は欠陥上部のコンクリート打設後、１、２、３、４、６、８、１０週経過時に行った。その際、測線はアンテナが内部欠陥の中央を通るように設定した。主な測定パラメータを表２に示す。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
取得する波形データはＳＩＲ−２のハードディスクに収録されるが、データ長を１６ビットにしたことから、記録上の振幅は、−３２７６８〜３２７６７の範囲になる。これらは増幅後の値であるが、後にヘッダファイルから読み取った増幅率で除して、増幅前の振幅を求めることができる。
【００３４】
送信アンテナＴから放射された電磁波が内部欠陥で反射し、受信アンテナＲに捉えられるまでの各振幅を図８に示すように、送信アンテナＴから送信されるコンクリートへの入射波の振幅（初期振幅）をＡ０、内部欠陥への入射波振幅をＡ１、内部欠陥からの反射波の振幅をＡ２、受信アンテナＴでの受信振幅をＡ３とすると、これらの関係は次式で表される。
【００３５】
【数１】
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【００３６】
ここで、Ａは測定器に記録される振幅で（Ａ３・Ｇ）で与えられる。Ｇは増幅率、（Ａ２／Ａ１）＝ｒは内部欠陥の反射率、αはコンクリート中での減衰率、Ｚ（＝Ｖ・ｔ、Ｖ：電磁波速度、ｔ：往復伝播時間）は伝播距離で、Ｚｎは幾何学的な発散による減衰を表す。Ｚｎについて、コンクリート中に異常反射波がない道路トンネルにおける支保工反射波の初動に関する振幅／増幅率〜往復伝播時間関係を図９に示す。これからほぼ直線関係にあり、ｎ≒０が成り立つことが判る。これらを［数１］式に代入し、対数を取ると式のようになる。
【００３７】
【数２】
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【００３８】
Ｖをワイドアングル法などにより測定すれば、複数深度にわたるｌｎ（Ａ／Ｇ）〜ｔ関係の勾配からαを、ｙ切片からＡ０・ｒを求めることができる。Ａ０は表面の状態が変わらない限りアンテナ毎にほぼ一定であるため、反射率の評価が可能である。ここで、ワイドアングル法とは、送受信アンテナの中心位置を固定し送受信アンテナ間隔を変化させる方法である。例えば、図８において、送信アンテナＴと受信アンテナＲとの間隔を暫時離隔させる。なお、本方法では識別のし易さと、背面反射波のような他の反射波の影響を最も受け難いことから、内部欠陥反射波の初動のピークに関するＡ／Ｇ、ｔを取り扱うことにしている。
【００３９】
アンテナ毎の内部欠陥の検出結果について、材齢１週における内部欠陥の検出例を図１０〜１３に示す。これらの左側は、測定記録から無欠陥個所の平均波形を差し引く背景除去処理を行った後のラインスキャン表示記録である。右側には左側の↓で示すトレースにおける欠陥波形の初動に関する振幅Ａ、往復伝播時間ｔの読み取り位置を示した。
【００４０】
一般に、コンクリート中における電磁波の減衰は取り扱うアンテナの中心周波数や主にコンクリートの比抵抗によって変化し、周波数が高いほど、比抵抗が低いほど減衰が大きくなる。このため、使用するアンテナとコンクリートの材齢によって、検出可能な欠陥の最大かぶりが変化する。コンクリートでは、材齢が経過するほど比抵抗が大きくなることが知られており、材齢が浅いほど比抵抗が小さく、減衰が大きいことから、深いかぶりの内部欠陥検出が難しい。
【００４１】
材齢１週から１０週に渡り測定を行った。以下、アンテナ毎の検出結果について説明する。
【００４２】
１）１５００ＭＨｚアンテナ
空洞は材齢１週ではかぶり２０ｃｍまで、２週以降は３０ｃｍまで検出可能であった。ジャンカはかぶり２０ｃｍまでは材齢１週から検出可能であったが、かぶり３０ｃｍは１０週経過後も検出できなかった。低強度はかぶり１０ｃｍのみ検出できているようであったが、骨材によると見られる不規則な散乱波が重なっており、反射面が不鮮明であった。
【００４３】
２）９００ＭＨｚアンテナ
空洞とジャンカについては、材齢１週からかぶり３０ｃｍまで検出可能であった。低強度はかぶり１０ｃｍのみであるが材齢１週から検出できた。
【００４４】
３）４００ＭＨｚアンテナ
９００ＭＨｚアンテナとほぼ同様の検出状況であった。
【００４５】
このようにかぶり３０ｃｍまでの範囲であれば、複数のアンテナを使用することにより、空洞とジャンカは材齢１週から検出可能である。一方低強度はかぶりが浅いもののみ材齢１週から検出可能で、かぶりが２０ｃｍ以上では材齢によらず検出困難であることになった。これは、減衰率というよりはむしろ、空洞とジャンカではコンクリートとの比誘電率の差あるいは電磁波速度の差が大きく、入射波に対する反射波の振幅比を表す反射率が大きいのに対して、低強度では小さく、反射波が微弱であることに起因している。
【００４６】
次に、内部欠陥の厚さの影響に関する検討を加える。本方法では内部欠陥からの反射波の初動に関する振幅／増幅率と往復伝播時間の関係から減衰率、初期振幅×反射率を求めることにしている。この場合、図１４のように、反射波が欠陥の前面反射波と背面反射波の合成波になることから、欠陥の厚さと使用する電磁波の波長との関係で反射波が乱れ、初動が変化することが考えられる。そこで、測定記録からアンテナ毎に初動反射波が変化しない欠陥厚を検討した。
【００４７】
図１５〜１７は順に、１５００ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、４００ＭＨｚアンテナによりかぶり１０ｃｍの空洞模型の検査を行った際に得られた、欠陥中央部の６０トレース分の往復伝播時間、反射波の初動振幅／増幅率をプロットしたものである。これらから、往復伝播時間は欠陥の厚さによらずアンテナ毎にほぼ一定であるが、初動振幅は欠陥の厚さの影響を受けることが判る。すなわち、受信波形の半波長が４ｃｍ程度である１５００ＭＨｚでは、欠陥の厚さが５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍのいずれでも振幅はあまり変わらない。
【００４８】
しかし、半波長が８ｃｍ程度の９００ＭＨｚでは１０ｃｍ、２０ｃｍはほぼ同じであるが、５ｃｍでは５０％近く小さくなる。４００ＭＨｚは半波長が１３ｃｍ程度であるため、いずれの厚さにおいても振幅が異なる。従って、予想されるように、初動振幅が欠陥の厚さの影響を受けないのは半波長程度以上を有する場合に限られることになった。ただし、ジャンカでは電磁波速度が空洞よりも遅く、波長が短くなることから、より薄いものまで適用可能である。
【００４９】
次に、減衰率、初期振幅×反射率の値と種別判定について考察する。１５００ＭＨｚでは欠陥厚５、１０、２０ｃｍの全てを用い、９００ＭＨｚでは１０、２０ｃｍの記録を用い、４００ＭＨｚでは２０ｃｍのみを用いた材齢１週におけるｌｎ（Ａ／Ｇ）〜ｔ関係を図１８〜２０に示す。これから、欠陥の種別によってＡ／Ｇが異なり、低強度、ジャンカ、空洞の順に大きくなっていること及び種別毎に傾きがほぼ同じでｙ切片が異なるグループに分かれることが判る。傾きはコンクリート中の電磁波振幅の減衰率であり、内部欠陥の種別とは無関係になることに整合している。一方、ｙ切片は初期振幅×反射率を表しており、反射率は次式の関係がある。ただし、ε１、Ｖ１は通常強度コンクリートの比誘電率及び電磁波速度、ε２、Ｖ２は内部欠陥の比誘電率及び電磁波速度である。
【００５０】
【数３】
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【００５１】
ここで、Ｖ１＝９ｃｍ／ｎｓとし、空洞でＶ２＝２７ｃｍ／ｎｓ、ジャンカでＶ２＝１５ｃｍ／ｎｓとおくと、反射率は空洞とジャンカで０．５１、０．２５になるはずであるが、求めたｙ切片の値も９００ＭＨｚ、４００ＭＨｚではそれに近い比率になっている。次に、９００ＭＨｚアンテナから求めた減衰率と初期振幅×反射率の材齢による変化を図２１、２２に示す。このように、減衰率は空洞とジャンカでほぼ同じで、６週までは減少し、その後一定値に落ち着く傾向にある。一方、初期振幅×反射率は、測定日における表面の含水条件によって初期振幅が変化するため、見かけ上、材齢によって大きく変化する。しかし、空洞とジャンカでの比率は材齢によらず１：０．５に近い値で推移する。従って、減衰率の変化や初期振幅の変化によって振幅が変化することがあったとしても、空洞とジャンカではｌｎ（Ａ／Ｇ）〜ｔ図上で倍近い差があり識別可能である。このように、内部欠陥として空洞と作成したジャンカに近い配合のものがあり、半波長以上の厚さであれば、材齢１週から種別判定が可能である。しかし、低強度は、電磁波速度が通常強度コンクリートと差がないようであり、現状では検出すること自体が難しく、初期振幅×反射率ｒによる種別の判定は困難である。
【００５２】
それ以外の適用条件について、半波長未満では、数値的に未検討であるが、厚さが薄くなるほど種別判定が困難になる。しかし、ジャンカの配合に関しては、次のように、ある程度変化したとしても判定可能である。
【００５３】
予備実験で作成した４種類のジャンカの配合と１５００ＭＨｚアンテナを使用して求めた電磁波速度を表３に、電磁波速度と水を除く全重量に対する粗骨材の重量比の関係を図２３に示す。模型に採用したのは配合２であるが、粗骨材の割合によって電磁波速度が変化することが判る。通常強度コンクリ―トの電磁波速度を９．５ｃｍ／ｎｓとし、上記数３の式から、配合２の反射率を１とした場合の比率を求めると、配合１、配合２、配合３、配合４、空洞では０．６５、１、０．３１、１．４１、２．２２になる。種別判定の面からは空洞との差があるほど容易であることから、配合１、配合３は配合２よりも判定し易い。また、粗骨材１００％の配合４は空洞の反射率に近くなるが、それでも６０％程度の反射率であることから判定できる可能性がある。
【００５４】
【表３】
2005043197.tif 000008
【００５５】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態では、主信号と背面信号との比較により、欠陥部の種類が判定可能である。
【００５６】
まず、散乱源及び反射源解析について考える。電磁波はコンクリート内部の欠陥で散乱されたり、境界面で反射されることにより、散乱波及び反射波として観測される。この散乱波及び反射波の発生状態は、欠陥の種類によって異なると考えられる。
【００５７】
元データでは、コンクリート表面の反射波や背景的なノイズがあり、これらが欠陥波形に影響を与えることが考えられる。したがって、欠陥のない部分のデータを用いて、背景除去を行った。これより、欠陥波形のみの抽出ができ不要な信号の影響が低下すると考えられる。また、レーダー計測では、深い位置の信号を確認できるようにするため、深さが深いほどゲインを高めて、データ採取を行っている。これは、レーダー波形を歪めることになるので、解析時にデータ採取時のゲインの増分を補正した（以後、元データを増幅率で除したものをゲイン補正と呼ぶことにする）。図２４，２５に１５００  ＭＨｚのアンテナで、材齢８週におけるかぶり１０ｃｍの空洞及びジャンカの元データと背景除去処理＋ゲイン補正したレーダーのイメージ像を示す。
【００５８】
この散乱波及び反射波の信号強度ならびに形状から、欠陥の特徴を検討するために、欠陥波形を抽出しヒルベルト変換により包絡線信号を求めて比較した。
【００５９】
このヒルベルト変換は次式により定義される。
【００６０】
ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ）＊ｈ（ｔ）
ここで、＊はたたみ込み演算であり、ｈ（ｔ）＝１／（πｔ）である。
【００６１】
図２６にゲイン補正後、背景除去処理により欠陥波形を抽出し、包絡線信号に変換した結果例を示す。（ａ）は空洞部を有する試験体（かぶり１０ｃｍ，欠陥厚５ｃｍ）を用いた場合に得られる欠陥波形を、（ｂ）は欠陥のない健全部波形を示す。前半部（１ｎｓ付近）の波形は両者ともほぼ同様な形状であることから、背景除去処理には、健全部の波形を利用することにより欠陥信号のＳ／Ｎを良くした。背景除去処理した結果は（ｃ）に示す。（ｄ）は、背景除去した波形を絶対値に変換した整流信号、（ｅ）はその包絡線信号を示す。包絡線信号は、ヒルベルト変換により計算した。この欠陥信号が出現している範囲で、散乱及び反射強度を求めるため包絡線信号を平均した。
【００６２】
次いで、電磁波速度解析を行う。コンクリート内部に存在するジャンカ、低強度および空洞の誘電率はそれぞれ異なるため、これらの欠陥部分の電磁波速度も異なる。したがって電磁波が伝搬する経路中の電磁波速度が知れれば、その経路内に存在する欠陥種別を判定することが可能である。本研究に用いたコンクリートモデルには、鋼製支保工が表面から４０ｃｍの深さに挿入されている。欠陥部および健全部の支保工信号の出現位置から、各部の電磁波速度を測定した。その結果、空気中の電磁波速度をｃとして、健全部の電磁波速度は約０．３４ｃと見積もられた。また低強度部の速度は健全部と同じ０．３４ｃで、ジャンカ部は健全部と低強度部より速く約０．６５ｃであった。これらの値は材齢が８週までで大きな変化がないこと、並びに用いた周波数の範囲で周波数に依存しないことも確認できた。
【００６３】
図２７にかぶり１０ｃｍのジャンカを８週目に探査して得られた支保工信号の例を示す。支保工の深さが既知であれば、支保工信号が最も表面に近付いたときの伝搬時間から経路中の電磁波速度を計算することが可能であるが、実際のトンネル覆工では支保工の深さは不明である。このため本研究では、支保工信号の軌跡を最小二乗近似を用いてカーブフィットすることで電磁波速度を求めた。なお、空洞部では欠陥の反射率が大きいため、空洞の下に存在する支保工信号を検出できず、したがって電磁波速度を検出することもできなかった。但しこのような欠陥部分における支保工信号の消失が確認できれば、存在する欠陥は空洞であると判断できる。このため本研究では、ジャンカと低強度の判定を目的として検討を行った。また深い位置にある支保工を扱うため、４００ＭＨｚの信号で検討を行った。
【００６４】
ここで、散乱源及び反射源解析結果について検討を加える。図２８に１５００ＭＨｚアンテナで、材齢２，４，８週におけるかぶり１０ｃｍの包絡線信号を示す。１５００ＭＨｚの結果では、低強度の反射波は確認できなかったため空洞とジャンカのみ示す。図２８では、縦軸は欠陥の前面信号のピークで規格化し、横軸は欠陥前面信号のピーク付近の時間が０になるように調整している。
【００６５】
図２８から空洞での包絡線信号は、ほとんど欠陥の前面信号のみであるのに対して、図２９ではジャンカでの包絡線信号は厚さ１０，２０ｃｍでは欠陥の背面信号が明瞭に認められた。これは、前述する電磁波速度解析の結果から得られたジャンカの電磁波速度０．６５ｃ（光速ｃ＝３×１０８ｍ／ｓ）から確認した。空洞においても、２，４週目ではピークが確認できなかったが、８週目の厚さ２０ｃｍの信号で欠陥の背面信号と推定されるピークが認められた。８週目データの空洞、ジャンカの厚さ２０ｃｍの包絡線信号を比較すると、空洞でも欠陥の背面信号が認められているものの、ジャンカにおける欠陥の背面信号の方が明瞭に確認できることが分かった。以上の結果は、空洞はジャンカに比べて電磁波速度が速いため、前面信号と背面信号が、本研究で製作した厚さ程度であると分離できないことや、空洞は欠陥の前面信号の強度がジャンカに比べて大きく、欠陥表面で電磁波が大きく反射され透過する量が減少したことにより、欠陥の背面信号が小さくなったことが考えられる。また、初期の材齢において、空洞では欠陥の背面信号が認められないこと等を含めて判断すると、欠陥の背面信号が明瞭に確認できればジャンカであると推定できることが考えられる。
【００６６】
さらに、空洞の包絡線信号の２，４週目のデータでは、２〜３ｎｓの間で信号強度が増加している部分が認められた。これは、電磁波速度解析から求めたコンクリート中の電磁波速度０．３４ｃから計算すると、かぶり深さ１０ｃｍの約２倍の間隔に相当し、欠陥の前面信号の繰り返し信号と推定される。このような繰り返し信号は、ジャンカには認められず、空洞の特徴と判断することができる。
【００６７】
かぶりの深い部分のデータを確認するために、９００，４００ＭＨｚアンテナで、材齢８週における結果を図２９，３０に示す。
【００６８】
９００ＭＨｚにおいては、ジャンカにおける欠陥の背面信号は厚さ２０ｃｍで明瞭に確認できた。厚さ１０ｃｍでは、欠陥の背面信号と欠陥の前面信号との重なりで、信号の幅は大きくなっているものの明瞭に確認はできなかった。４００ＭＨｚの結果においても、ジャンカにおける欠陥の背面信号は厚さ２０ｃｍについてのみ確認できた。
【００６９】
９００ＭＨｚのかぶり１０ｃｍ、厚さ５ｃｍのデータを比較すると、空洞とジャンカともに約２ｎｓｅｃの時点で信号強度が増加している部分が認められた。１５００ＭＨｚの結果と比較すると９００ＭＨｚは、Ｓ／Ｎが良く、ジャンカにおいても認められたものと考えられる。その他の９００ＭＨｚと４００ＭＨｚの結果は、パルス幅が大きいことや鋼製支保工の影響により、欠陥の前面信号の繰り返し信号を確認することは困難であった。
【００７０】
以上の結果から、空洞とジャンカを識別するためには、欠陥の厚さや使用するアンテナやかぶり深さ等の条件が限られるが、１）欠陥の背面信号の有無を確認すること、また、２）補足的に欠陥の前面信号の繰り返し信号を確認することにより、種別判定が可能であると考えられる。
【００７１】
また、包絡線信号から欠陥の背面信号が検出できた空洞とジャンカについて、欠陥の前面信号と背面信号のピークの時間差を求めて、電磁波速度解析から求めた電磁波速度より欠陥の厚さを求めた。１５００ＭＨｚの結果を表４に示す。表４に示すように若干誤差があるもののほぼ妥当な値を示している。この結果から、速度既知で計算することにより欠陥の厚さが推定できることが分かる。
【００７２】
【表４】
2005043197.tif 000009
【００７３】
このように、包絡線信号からの散乱源及び反射源解析から欠陥種別判定の可能性を検討した結果、欠陥の背面信号が明瞭に確認できれば、ジャンカを識別できる可能性が得られた。また、補足的に欠陥の前面信号の繰り返し信号を確認することにより欠陥種別判定できる可能性も得られた。欠陥の背面信号が得られれば、欠陥の前面信号と背面信号のピークの時間差により厚さ推定可能であることが分かった。
【００７４】
次に、本発明の第三実施形態について説明する。本実施形態では測定される平均電磁波速度の値により、欠陥の種類を判定する。Ｈ型鋼である支保工のウェブ部分は図３１に示すように平坦であるが、これが透過撮影レーダー探査では、図２７に示すように湾曲した形状となる。したがって、図３１と図３２との幾何学的関係から最小二乗法を用いれば、平均電磁波速度を求めることができる。
【００７５】
図３１において、ｄ；支保工の深さ、ｘ；支保工直上から横方向へのアンテナの移動距離、ｖ；コンクリート中の電磁波速度と定義する。図３１でアンテナをコンクリート表面に沿って移動させ探査を行うと、支保工信号の軌跡は図３２の如くになる。ここで、ｉ；測定位値の値のサフィックスで、ｎ点存在、ｘｉ；ｉ番目の横方向のアンテナ位置、ｙｉ；ｘｉでの支保工までの電磁波の往復伝搬時間とそれぞれ定義する。
【００７６】
ｙｉ＝２・（ｘｉ２＋ｄ２）０．５／ｖ
但し、ｄとｖは未知。
【００７７】
ｘｉとｙｉは測定値で、これからｄとｖを求める。
【００７８】
上式から
（ａ・ｘｉ２＋ｂ）０．５＝ｙｉ／２
ただしａ＝１／ｖ２    ｂ＝（ｄ／ｖ）２
ａ・ｘｉ２＋ｂ＝ｙｉ２／４＝ｚｉ
ｒ＝Σ（ａ・ｘｉ２＋ｂ−ｚｉ）２    （Σは１〜ｎ）
ｒは残差でこれを最小にする
【００７９】
∂ｒ／∂ａ＝０から
ａΣｘｉ４＋ｂΣｘｉ２＝Σｘｉ２・ｚｉ
∂ｒ／∂ｂ＝０から
ａΣｘｉ２＋ｂΣ＝Σｚｉ
よって，
ａΣｘｉ２＋ｎｂ＝Σｚｉ
これを解いて
【００８０】
【数４】
ａ＝｛ｎΣｘｉ２・ｚｉ−Σｘｉ２・Σｚｉ｝／｛ｎΣｘｉ４−（Σｘｉ２）２｝
ｂ＝｛Σｘｉ２・Σｚｉ−ａ（Σｘｉ２）２｝／ｎΣｘｉ２
【００８１】
したがって、
平均電磁波速度：ｖ＝（１／ａ）０．５、支保工の深さ：ｄ＝ｖ・ｂ０．５  となる。
【００８２】
図３３に材齢２週から８週の範囲で、このようにして求めた健全部の電磁波速度を測定した結果を示す。図中の２点は、ジャンカと低強度のコンクリートモデルでの測定結果を表す。支保工の深さと支保工信号の出現位置から別途求めた健全部の電磁波速度である０．３４ｃを、図に横線で合わせて示している。図のようにカーブフィットで求めた電磁波速度は、材齢及び用いたコンクリートモデルによらず、ほぼ横線で示した値に一致する。
【００８３】
次に図３４に同じく材齢２週から８週で測定した低強度部の電磁波速度を示す。図では、各材齢をかぶり深さ１０ｃｍ、２０ｃｍ及び３０ｃｍに分けて示している。さらに各かぶり深さ中の３点は、欠陥厚さ５ｃｍ、１０ｃｍ及び２０ｃｍを表す。かぶりと欠陥の厚さが大きくなると、支保工信号と欠陥反射波が重なり、支保工の軌跡を正確にトレースできなかった。このような場合は計測不可とした。図に見られるように、ばらつきは認められるものの低強度部の電磁波速度は、図３３の健全部とほぼ同じ値になった。同じくカーブフィットによりジャンカ部で測定した電磁波速度を図３５に示す。低強度部の測定結果よりもばらつきは大きいが、０．５ｃ前後の値となった。先に述べたようにジャンカ部の電磁波速度は約０．６５ｃであるが、図３５はこのような速度の速いジャンカ部を伝播経路中の一部に含む場合の測定結果である。このため得られた結果は、概ね妥当な値であると判断される。この図３５のジャンカ部の結果と、図３４の低強度部及び図３３の健全部の結果とあわせて考えると、この方法により欠陥種別を判定することが可能である。
【００８４】
このように、電磁波速度解析から検討した結果、健全部と低強度部の電磁波速度は約０．３４ｃであるのに対し、ジャンカ部のそれは約０．６５ｃであった。これらの電磁波速度は材齢８週までの範囲で大きく変化せず、また周波数依存性も認められなかった。支保工信号の軌跡から電磁波速度を求めることが可能で、この結果からジャンカと低強度の判定を行える可能性が得られた。また、空洞部分で支保工信号が消失することから空洞の判定の可能性も得られた。さらに、上述の速度に関する考察結果より、図３６に示す如き欠陥からの反射波が得られたにも拘わらず、図３６の波線円で示す如き信号があらわれたときは、低強度部との判断になる。
【００８５】
電磁波平均速度を用いて図３７（ｃ）に示す欠陥部ｘの厚みを求める方法について説明する。図３７（ａ）、（ｂ）に示すように、コンクリート製の覆工トンネル軸方向に対して間欠的に配置された支保工により補強支持されている。ここで、支保工の深さ：ｄ、健全部の電磁波速度：Ｖ１、欠陥の電磁波速度：Ｖ２は既知であるとする。また、検査機のレーダー記録から、健全部における表面から支保工までの時間差：ｔ１、欠陥部における表面から支保工までの時間差：ｔ２を読み取る。そして、ｔ，ｖの関係よりｘを求めることができる。
【００８６】
【数５】
2005043197.tif 000010
【００８７】
【数６】
ｘ＝（（ｔ２−ｔ１）／２）・（（ｖ１・ｖ２）／（ｖ１−ｖ２））
【００８８】
次に、反射波のスペクトル解析に関する第四実施形態について説明する。
内部欠陥で反射された電磁波の波形は、減衰や反射等の周波数依存性の影響により生じる波形分散等の欠陥の反射特性を反映しており、波形解析することで欠陥種類を識別できる可能性がある。これらの影響は反射波の周波数スペクトルの差異として検出できることが期待される。これを明らかにするために、３種類のアンテナのうち最もＳ／Ｎの良かった４００ＭＨｚのデータを用いて、スペクトル解析を実施し、検討した。
【００８９】
図３８に材齢８週目におけるかぶり１０ｃｍの空洞の元データ，背景除去処理，背景除去処理＋ゲイン補正したレーダーのイメージ像を示す。欠陥のない健全部分のデータを用いた背景除去処理とゲイン補正をすることで、計測条件によらず歪みのない欠陥波形の抽出を行った。
【００９０】
図３９に背景除去処理により欠陥波形を抽出した波形例（空洞：材齢８週，かぶり１０ｃｍ，厚さ５ｃｍ）を示す。４００  ＭＨｚアンテナの場合、かぶりが浅いとき特にコンクリートの表面から受信される反射波との重なりの影響を受けていることが分かった。欠陥波形を欠陥からの反射波以外の信号と分離することにより、欠陥のみの情報を抽出することができる。
【００９１】
スペクトル解析を行う際、各々の欠陥反射波が出現している範囲で空間平均し、反射波形のＳ／Ｎを向上させた。解析ゲートは、図３９（ｃ）に示すような欠陥反射波の立ち上がり近傍からゲートを設定した。スペクトル解析は、欠陥反射波のフーリエ変換後にパワースペクトルを求めた。
【００９２】
ここに、パワースペクトル計算結果を示す。図４０〜４２にかぶり１０，２０及び３０ｃｍで８週目に計測した厚さ５，１０及び２０ｃｍの欠陥反射波のパワースペクトル計算結果を示す。また、図４３〜４５は図４０に示すパワースペクトルを欠陥厚さ５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍの各々の場合につき、空中直接波のデータ、空洞模型にて得られたデータ、ジャンカ模型にて得られたデータ毎に分離させて表示したものである。図４０〜４２には、計測時に別途採取した空中直接波のスペクトルも示す。この空中直接波のデータは、送受信アンテナを直接伝わった信号であり、アンテナ個体の特性と考えることができる。第一実施形態に示されたように、空洞、ジャンカの反射波は明瞭に捕らえられていたが、低強度の反射波はかぶり１０ｃｍ、厚さ５ｃｍの条件以外はＳ／Ｎが低く検出されなかった。したがって、本スペクトル解析では、空洞とジャンカの種別判定について検討した。
【００９３】
図４０〜４２から、空洞反射波のスペクトルは、かぶり１０ｃｍにおいて、空中直接波のスペクトルにほぼ類似していることが分かった。かぶりが２０，３０ｃｍと深くなるにつれて、空中直接波のスペクトルからの歪み度合いが大きくなり、かぶり３０ｃｍになると低周波数側にスペクトルが移動していることが分かった。これは、コンクリート中の減衰の周波数依存性による波形分散等の影響が考えられる。欠陥厚さの差異は、顕著に認められなかった。このように、かぶりが大きくなることにより、空洞反射波のスペクトル形状が若干歪むものの、空中直接波のスペクトルの形状に類似していると思われる。
【００９４】
一方、ジャンカ反射波のスペクトルは、空中直接波のスペクトルに対して歪み度合いが大きいことが分かった。空中直接波のスペクトルを基準とした場合、高周波数側に分布しているものもあれば、低周波数側に分布しているものもあり、一貫した傾向が認められなかった。この原因を調べるために、スペクトル解析前の欠陥波形（かぶり１０ｃｍ）を見直した。図４６，４７に欠陥波形を示す。
【００９５】
空洞は、厚さが変わっても振幅が異なるのみでほぼ同様な形状を示していた。ジャンカは、図４５に示すように、厚さが大きくなるにつれて波形が広がった形状になることが分かった。これは、空洞に比べて、ジャンカの電磁波速度が小さいため、ジャンカの背面信号が前面信号の後方に出現するため前面信号と背面信号が重なった影響と考えられる。すなわち、空洞反射波のスペクトルは背面信号の影響は少ないが、ジャンカ反射波のスペクトルは、電磁波速度が小さいため、背面信号の影響が大きくなったため歪み度合いが大きくなったと推察される。また、かぶりが大きくなることによるコンクリート中の減衰の影響，空洞反射波に比べてジャンカ反射波のＳ／Ｎの低下によるコンクリート中の散乱ノイズの影響等がジャンカ反射波のスペクトルを大きく歪ませたものと考えられる
【００９６】
以上の結果から、空中直接波のスペクトルを基準とすると、空洞反射波のスペクトルは、ジャンカ反射波のスペクトルに対して、歪み度合いが少なく、空中直接波のスペクトルに類似していることが分かった。
【００９７】
パワースペクトル計算結果から、空洞反射波のスペクトルに比べてジャンカ反射波のスペクトルは、空中直接波のスペクトルに対して歪むことが分かった。空洞反射波とジャンカ反射波のスペクトルの差異は分かったが、これを判別するには定量化を行う必要がある。推定したパワースペクトル形状を定量化するため、式（Ａ５），（Ａ６）から式（Ａ１）〜（Ａ４）に示す４つの周波数特徴量（形状パラメータ）を計算した。式（Ａ５），（Ａ６）は、それぞれ原点周りのｎ次積率（モーメント）、算術平均周りのｎ次積率（モーメント）である。
【００９８】
４つの特徴量は、パワースペクトルのような分布の形状（特性）を表すパラメータであり、このように数値化することにより、定量化が可能となる。
【００９９】
【数７】
2005043197.tif 000011
【０１００】
パワースペクトルの結果から、空中直接波のスペクトルからの歪み度合いが、空洞とジャンカで異なることが分かったので、各欠陥について求めたこれら４つの特徴量は、空中直接波のスペクトルから求めた特徴量との絶対値差とした。
【０１０１】
このかぶり１０ｃｍのデータを図４８に示す。このように特徴量を絶対値差に変換することで、かぶり１０ｃｍにおいては、ジャンカの方が空洞に比べて大きな値となり、識別の可能性が得られた。かぶり２０及び３０ｃｍにおいても、かぶり１０ｃｍほど分離性は良くなかったがほぼ同様な傾向を示した。
【０１０２】
以上の結果から、特徴量を求めることにより、定量的な種別判定の可能性を見出せた。
【０１０３】
特徴量を求めて種別判定の可能性が得られた。これを種別判定するためには、客観的な判断が必要になる。したがって、４つの特徴量と材齢を用いた５次元の多変量解析を検討した。空洞とジャンカを識別するために、それぞれ本解析で求めた特徴量のマハラノビス距離を求めて、判別分析を行った。マハラノビス距離とは、各欠陥特徴量空間の重心までの距離（ユークリッド距離）を各欠陥特徴量のばらつきを考慮した距離である。マハラノビス距離は１次元（１変数）で考えると、ユークリッド距離を標準偏差で割った値の２乗と定義することができる。これを多次元（多変量）で考えるとｉ番目サンプルの両群の重心までのマハラノビス距離は以下の式で求められる。
【０１０４】
【数８】
2005043197.tif 000012
【０１０５】
表５〜７にかぶり１０，２０及び３０ｃｍの判別分析した結果を示す。判別的中率は、どのかぶりにおいても約８０％以上の結果を示しており良好であると思われる。今回の解析からは、ジャンカを空洞として誤判別することが多かった。すなわち、本解析結果からは、ジャンカの判定は正答率が高いものと考えられる。また、今後、特徴量の見直しや実構造物のデータ等によりデータベースを増やすことにより、評価に対する信頼度が向上することが期待される。
【０１０６】
【表５】
2005043197.tif 000013
【０１０７】
【表６】
2005043197.tif 000014
【０１０８】
【表７】
2005043197.tif 000015
【０１０９】
ここで、上記各実施形態に係る手法を総合して相互補完的に用いる形態について説明する。本研究において、コンクリート構造物の非破壊的な地下レーダー探査を用いて、主に欠陥種別判定を対象に欠陥評価について検討した。これらをまとめたものを表８に示す。
【０１１０】
【表８】
2005043197.tif 000016
【０１１１】
上記各実施形態で行った解析手法は欠陥の種々の特性を反映しており、解析手法ごとに影響される因子が異なった。また各解析アプローチの仕方が異なっており、こうした多方面の解析結果から欠陥の評価を行うことにより評価精度が向上することが考えられる。さらに、適用範囲が異なることも考慮すると、実際のコンクリート構造物に適応するには、適応範囲に対応した解析方法を数種類組み合わせて、総合的に判定するのが望ましいと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実験のために作成したコンクリートモデルの縦断面図である。
【図２】試験体に用いる二種類のコンクリートに対する一軸圧縮強度試験の結果を示すグラフである。
【図３】試験体に用いる二種類のコンクリートの有効間隙率の測定結果を示すグラフである。
【図４】試験体に用いる二種類のコンクリートの超音波速度（Ｐ波速度：Ｖｐ、Ｓ波速度：Ｖｓ）の測定結果を示すグラフである。
【図５】試験体に用いる二種類のコンクリートの含水率の測定結果を示すグラフである。
【図６】検査を行ったコンクリートモデルを示す写真である。
【図７】図６に示すコンクリートモデルの内部欠陥の埋設状況を示す写真である。
【図８】送信アンテナから放射された電磁波が内部欠陥で反射し、受信アンテナに捉えられ、測定器に記録されるまでの経路における振幅変化を示す図である。
【図９】道路トンネルにおいて計測した無欠陥箇所の支保工反射波に関する振幅／増幅率と、往復伝播時間の関係をプロットしたグラフである。
【図１０】１５００ＭＨｚアンテナによりかぶり２０ｃｍ、厚さ５〜２０ｃｍの空洞模型の検査を行った際の階調表示によるレーダーイメージ及び矢印位置における波形を示すグラフである。
【図１１】１５００ＭＨｚアンテナによりかぶり２０ｃｍ、厚さ５〜２０ｃｍのジャンカ模型の検査を行った際の階調表示によるレーダーイメージ及び矢印位置における波形を示すグラフである。
【図１２】９００ＭＨｚアンテナによりかぶり１０ｃｍ、厚さ５〜２０ｃｍの低強度模型の検査を行った際の階調表示によるレーダーイメージ及び矢印位置における波形を示すグラフである。
【図１３】４００ＭＨｚアンテナによりかぶり３０ｃｍ、厚さ５〜２０ｃｍの空洞模型の検査を行った際の階調表示によるレーダーイメージ及び矢印位置における波形を示すグラフである。
【図１４】試験体内の欠陥厚さと反射波波形との関係を示す図である。
【図１５】１５００ＭＨｚアンテナによりかぶり１０ｃｍの空洞模型の検査を行った際の各サンプルトレースにおける測定結果を欠陥厚毎に示すグラフであり、（ａ）は往復伝播時間を、（ｂ）は初動振幅／増幅率をプロットしたものである。
【図１６】９００ＭＨｚアンテナによりかぶり１０ｃｍの空洞模型の検査を行った際の各サンプルトレースにおける測定結果を欠陥厚毎に示すグラフであり、（ａ）は往復伝播時間を、（ｂ）は初動振幅／増幅率をプロットしたものである。
【図１７】４００ＭＨｚアンテナによりかぶり１０ｃｍの空洞模型の検査を行った際の各サンプルトレースにおける測定結果を欠陥厚毎に示すグラフであり、（ａ）は往復伝播時間を、（ｂ）は初動振幅／増幅率をプロットしたものである。
【図１８】１５００ＭＨｚアンテナにより材齢１週の空洞模型及びジャンカ模型の検査により得られた、初動振幅／増幅率と往復伝播時間の関係を示すグラフである。
【図１９】９００ＭＨｚアンテナにより材齢１週の空洞模型、ジャンカ模型及び低強度模型の検査により得られた、初動振幅／増幅率と往復伝播時間の関係を示すグラフである。
【図２０】４００ＭＨｚアンテナにより材齢１週の空洞模型、ジャンカ模型及び低強度模型の検査により得られた、初動振幅／増幅率と往復伝播時間の関係を示すグラフである。
【図２１】９００ＭＨｚアンテナの記録より求めた減衰率と試験体の材齢との関係を示すグラフである。
【図２２】９００ＭＨｚアンテナの記録より求めた初期振幅×反射率の値と、試験体の材齢との関係を示すグラフである。
【図２３】粗骨材／（粗骨材＋細骨材＋セメント）と電磁波速度関係の関係を示すグラフである。
【図２４】空洞を有するコンクリート試験体に対する検査により得られた階調表示によるレーダーイメージであって、（ａ）は元データを、（ｂ）は背景除去とゲイン補正をしたデータをそれぞれ表示したものである。
【図２５】ジャンカを有するコンクリート試験体に対する検査により得られた階調表示によるレーダーイメージであって、（ａ）は元データを、（ｂ）は背景除去とゲイン補正をしたデータをそれぞれ表示したものである。
【図２６】本発明の第二実施形態における受信波形及び波形処理の結果を示すグラフであって、（ａ）は空洞部を有する試験体を用いた場合の受信波形、（ｂ）は健全な試験体を用いた場合の受信波形、（ｃ）は（ａ）の受信波形からバックグラウンドを除去した波形、（ｄ）は（ｃ）の波形を整流して得られた波形、（ｅ）は（ｄ）の波形をヒルベルト変換して得られる包絡線波形（信号）にそれぞれ相当する。
【図２７】支保工を有する試験体に対する検査により得られた階調表示によるレーダーイメージを示す図である。
【図２８】１５００ＭＨｚのアンテナを用いてかぶり１０ｃｍの試験体に欠陥厚５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍの欠陥を設けた場合にそれぞれ得られた包絡線信号であり、（ａ）材齢２週目の空洞模型、（ｂ）は材齢４週目の空洞模型、（ｃ）材齢８週目の空洞模型、（ｄ）は材齢２週目のジャンカ模型、（ｅ）は材齢４週目のジャンカ模型、（ｆ）は材齢８週目のジャンカ模型を用いた場合にそれぞれ相当する。
【図２９】９００ＭＨｚのアンテナを用いて材齢８週目の試験体に欠陥厚５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍの欠陥を設けた場合にそれぞれ得られた包絡線信号であり、（ａ）はかぶり１０ｃｍの空洞模型、（ｂ）はかぶり２０ｃｍの空洞模型、（ｃ）はかぶり３０ｃｍの空洞模型、（ｄ）はかぶり１０ｃｍのジャンカ模型、（ｅ）はかぶり２０ｃｍのジャンカ模型、（ｆ）はかぶり３０ｃｍのジャンカ模型を用いた場合にそれぞれ相当する。
【図３０】４００ＭＨｚのアンテナを用いて材齢８週目の試験体に欠陥厚５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍの欠陥を設けた場合にそれぞれ得られた包絡線信号であり、（ａ）はかぶり１０ｃｍの空洞模型、（ｂ）はかぶり２０ｃｍの空洞模型、（ｃ）はかぶり３０ｃｍの空洞模型、（ｄ）はかぶり１０ｃｍのジャンカ模型、（ｅ）はかぶり２０ｃｍのジャンカ模型、（ｆ）はかぶり３０ｃｍのジャンカ模型を用いた場合にそれぞれ相当する。
【図３１】アンテナと支保工の位置関係の概略図である。
【図３２】支保工信号の軌跡を示す概略図である。
【図３３】本発明の第三実施形態にかかる手法（カーブフィット）により、健全なコンクリート試験体中の電磁波速度と空気中の電磁波速度の比を材齢毎にプロットした図である。
【図３４】本発明の第三実施形態にかかる手法（カーブフィット）により、低強度部を有するコンクリート試験体中の電磁波速度と空気中の電磁波速度の比を材齢毎にプロットした図である。
【図３５】本発明の第三実施形態にかかる手法（カーブフィット）により、ジャンカを有するコンクリート試験体中の電磁波速度と空気中の電磁波速度の比を材齢毎にプロットした図である。
【図３６】低強度部の欠陥信号を示す階調表示によるレーダーイメージである。
【図３７】（ａ）トンネルの長手軸方向からみた断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）における欠陥部の介在状況を示す図である。
【図３８】欠陥信号を示す階調表示によるレーダーイメージであり、（ａ）は元データ、（ｂ）は背景除去を行ったイメージ、（ｃ）はゲイン補正を行ったイメージである。
【図３９】（ａ）は健全な試験体の受信波形、（ｂ）は空洞部を有する試験体の受信波形、（ｃ）は（ｂ）の受信波形に対して背景除去処理及びゲイン補正を施して得られた波形である。
【図４０】かぶり１０ｃｍの試験体を用いて測定した厚さ５ｃｍ，１０ｃｍ，２０ｃｍの欠陥のパワースペクトルを示し、ａｉｒは空中直接波、ｖｏｉｄは空洞、ｊａｎｋａはジャンカ、ｌｏｗは低強度部をそれぞれ示す。
【図４１】かぶり２０ｃｍの試験体を用いて測定した厚さ５ｃｍ，１０ｃｍ，２０ｃｍの欠陥のパワースペクトルを示し、ａｉｒは空中直接波、ｖｏｉｄは空洞、ｊａｎｋａはジャンカ、ｌｏｗは低強度部をそれぞれ示す。
【図４２】かぶり３０ｃｍの試験体を用いて測定した厚さ５ｃｍ，１０ｃｍ，２０ｃｍの欠陥のパワースペクトルを示し、ａｉｒは空中直接波、ｖｏｉｄは空洞、ｊａｎｋａはジャンカ、ｌｏｗは低強度部をそれぞれ示す。
【図４３】かぶり１０ｃｍ、欠陥厚さ５ｃｍの試験体を用いて測定した空中直接波、空洞、ジャンカのパワースペクトルを示す。
【図４４】かぶり１０ｃｍ、欠陥厚さ１０ｃｍの試験体を用いて測定した空中直接波、空洞、ジャンカのパワースペクトルを示す。
【図４５】かぶり１０ｃｍ、欠陥厚さ２０ｃｍの試験体を用いて測定した空中直接波、空洞、ジャンカのパワースペクトルを示す。
【図４６】空洞を有する試験体の検査により得られた波形を示す図であって、（ａ）は空洞の厚さが５ｃｍの場合、（ｂ）は空洞の厚さが１０ｃｍの場合、（ｃ）は空洞の厚さが２０ｃｍの場合にそれぞれ相当する。
【図４７】ジャンカを有する試験体の検査により得られた波形を示す図であって、（ａ）はジャンカの厚さが５ｃｍの場合、（ｂ）はジャンカの厚さが１０ｃｍの場合、（ｃ）はジャンカの厚さが２０ｃｍの場合にそれぞれ相当する。
【図４８】４つの周波数特徴量に対する試験体種別毎の材齢に対する分布を示すグラフであり、（ａ）は基準化平均周波数、（ｂ）は基準化標準偏差周波数、（ｃ）は基準化歪度、（ｄ）は基準化尖度の分布を示す。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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