(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子を少なくとも２個１組として使用して、これらを予め設定した距離で型枠内に離間配置し、
前記型枠内へのコンクリートの打設後、前記センサ素子のうち第１のセンサ素子に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、第２のセンサ素子からは前記第１のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記発振信号と前記受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記第１、第２のセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、
一方、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能な第３のセンサ素子又は弾性波を発生できる発振素子あるいは弾性波を受振できる受振素子をコンクリート表面に当てた状態で該第３のセンサ素子又は該発振素子又は前記型枠内のセンサ素子のいずれかに発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動により前記コンクリート内を伝播する弾性波を前記型枠内のセンサ素子又は前記第３のセンサ素子又は前記受振素子で検出させ、そのときに得られる受振信号と前記第３のセンサ素子又は前記発振素子又は前記型枠内のセンサ素子に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記弾性波の速度とから前記型枠内のセンサ素子位置から前記コンクリート表面までの距離であるかぶり厚さやコンクリート厚みを求めることを特徴とするコンクリート構造物品質検査方法。
【請求項２】
機械エネルギを電気エネルギに変換可能なセンサ素子を少なくとも２個１組として使用して、これらを予め設定した距離で型枠内に離間配置し、
前記型枠内へのコンクリートの打設後、電気エネルギを機械エネルギに変換する第３のセンサ素子又は弾性波を発生できる発振素子をコンクリート表面に当てた状態で該第３のセンサ素子又は該発振素子に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、前記２個１組の第１のセンサ素子と第２のセンサ素子の夫々にて前記第３のセンサ素子又は発振素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記第１のセンサ素子の受振信号と前記第２のセンサ素子の受振信号との位相差と、前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、
一方、前記第３のセンサ素子又は前記発振素子をコンクリート表面に当てた状態で該第３のセンサ素子又は該発振素子に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動により前記コンクリート内を伝播する弾性波を前記型枠内のセンサ素子で検出させ、そのときに得られる受振信号と前記第３のセンサ素子又は前記発振素子に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記弾性波の速度とから前記型枠内のセンサ素子位置から前記コンクリート表面までの距離であるかぶり厚さやコンクリート厚みを求めることを特徴とするコンクリート構造物品質検査方法。
【請求項３】
電気エネルギを機械エネルギに変換可能なセンサ素子を少なくとも２個１組として使用して、これらを予め設定した距離で型枠内に離間配置し、
前記型枠内へのコンクリートの打設後、機械エネルギを電気エネルギに変換する第３のセンサ素子又は弾性波を受振できる受振素子をコンクリート表面に当てた状態で前記２個１組の第１のセンサ素子と第２のセンサ素子の夫々に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、前記第３のセンサ素子又は前記受振素子にて前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記第１のセンサ素子の発振信号と前記第２のセンサ素子の発振信号との位相差と、前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、
一方、前記第３のセンサ素子又は前記受振素子をコンクリート表面に当てた状態で前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子の夫々に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動により前記コンクリート内を伝播する弾性波を前記第３のセンサ素子又は前記受振素子で検出させ、そのときに得られる受振信号と前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子の夫々に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記弾性波の速度とから前記型枠内のセンサ素子位置から前記コンクリート表面までの距離であるかぶり厚さやコンクリート厚みを求めることを特徴とするコンクリート構造物品質検査方法。
【請求項４】
前記型枠内のセンサ素子の少なくともいずれかのセンサ素子に温度センサ素子を設け、該温度センサ素子からのセンサ信号より前記コンクリートの温度を検出すると共に、一定時間毎の温度計測値を積算し、積算温度値から前記コンクリートの強度を推定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコンクリート構造物品質検査方法。
【請求項５】
前記積算温度値に加え、前記弾性波の速度及び一定時間毎の速度変化を求め、求めた速度及び速度変化と前記積算温度値とから前記コンクリートの強度を推定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコンクリート構造物品質検査方法。
【請求項６】
予め設定した距離で型枠内に離間配置され、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能な少なくとも２個１組みのセンサ素子と、
前記型枠内へのコンクリートの打設後、前記２個１組のセンサ素子のうち第１のセンサ素子に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させる発振手段と、
前記２個１組のセンサ素子のうち第２のセンサ素子からは前記第１のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出す受振手段と、
前記発振手段による発振信号と前記受振手段による受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記第１、第２のセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求める弾性波速度算出手段と、
電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能な第３のセンサ素子と、
前記第３のセンサ素子をコンクリート表面に当てた状態で該第３のセンサ素子又は前記型枠内のセンサ素子のいずれかに発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動により前記コンクリート内を伝播する弾性波を前記型枠内のセンサ素子又は前記第３のセンサ素子で検出させ、そのときに得られる受振信号と前記第３のセンサ素子又は前記型枠内のセンサ素子に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記弾性波の速度とから前記型枠内のセンサ素子位置から前記コンクリート表面までの距離であるかぶり厚さやコンクリート厚みを求めるコンクリート厚み算出手段と、
を備えることを特徴とするコンクリート構造物品質検査装置。
【請求項７】
予め設定した距離で型枠内に離間配置され、機械エネルギを電気エネルギに変換可能な少なくとも２個１組のセンサ素子と、
コンクリート表面上に当てて使用し、電気エネルギを機械エネルギに変換する第３のセンサ素子と、
前記型枠内へのコンクリートの打設後、前記第３のセンサ素子に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させる発振手段と、
前記２個１組の第１のセンサ素子と第２のセンサ素子の夫々にて前記第３のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出す受振手段と、
前記第１のセンサ素子の受振信号と前記第２のセンサ素子の受振信号との位相差と、前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求める弾性波速度算出手段と、
前記第３のセンサ素子をコンクリート表面に当てた状態で該第３のセンサ素子に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動により前記コンクリート内を伝播する弾性波を前記型枠内のセンサ素子で検出させ、そのときに得られる受振信号と前記第３のセンサ素子に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記弾性波の速度とから前記型枠内のセンサ素子位置から前記コンクリート表面までの距離であるかぶり厚さやコンクリート厚みを求めるコンクリート厚み算出手段と、
を備えることを特徴とするコンクリート構造物品質検査装置。
【請求項８】
前記第１のセンサ素子及び前記第２のセンサ素子の少なくとも一方に設けられる温度センサ素子と、
前記少なくとも１つの温度センサ素子からのセンサ信号より前記コンクリート内の温度を計測する温度計測手段と、
一定時間毎に前記温度計測手段で計測された温度計測値を積算し、積算温度値から前記コンクリートの強度を推定するコンクリート強度推定手段と、
を備えることを特徴とする請求項６乃至請求項７のいずれか１項に記載のコンクリート構造物品質検査装置。
【請求項９】
前記第１のセンサ素子及び第２のセンサ素子は、圧電セラミックスを備えることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のコンクリート構造物品質検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートを型枠内に打設して得られたコンクリート構造物の品質（かぶり厚さや強度等）を検査するコンクリート構造物品質検査方法及びコンクリート構造物品質検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリート構造物には、型枠合板や鋼製型枠又はプレキャストコンクリート等で作られた型枠の内部に鉄筋を配し、そこへフレッシュコンクリートを充填する方法が採られている。
近年、デザインの多様化などから型枠の形状も複雑になり、あるいは、高密度配筋となり、コンクリートの型枠内への充填不足が生じ易くなるため、型枠の末端部までコンクリートが正しく充填されているかどうかを非破壊検査で容易に検出できる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、コンクリートの「厚み」や「かぶり厚さ」を非破壊検査で容易に検出できる方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。「かぶり厚さ」は、鉄筋からコンクリート表面までの距離である。「かぶり厚さ」の検査方法として、電磁波レーダ法や電磁誘導法等がある。
また、打設後のコンクリートの凝結終了後（終結後）の強度を検知する方法として、コンクリートに超音波を送信し、その超音波を送信点から離間した点で受信して超音波の伝播時間を計測し、計測した伝播時間と、送受信点夫々の位置とに基づいてコンクリート内の音速分布を求め、求めた音速分布に基づいてコンクリートの強度分布を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０２３２８号公報
【特許文献２】特開２００４−０６９４９５号公報
【特許文献３】特開２００３−０２８８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、コンクリート構造物の「かぶり厚さ」を非破壊試験で推定する場合、その測定原理や機器の特性によって、必ずしも高い精度が確保されているとは言い難い。また、計測には熟練技術を要するのも現状である。また、コンクリート中に磁性体（フィラー）が含まれていると電磁波による計測ができない。即ち、金属ファイバーを混ぜたコンクリートや金属巻き補強をしたコンクリートでは電磁波が散乱されてしまうため、電磁波による計測ができない。
また、超音波を使用して終結後のコンクリートの強度を検査する方法は、コンクリート構造物の形状の影響や鉄筋相互の影響を受け易いため、高精度が得られない。
【０００５】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、コンクリート中に磁性体が含まれていても「かぶり厚さ」を検査することができると共に、コンクリート構造物の形状の影響や鉄筋相互の影響を受けることなくコンクリートの強度を高精度で検査することができるコンクリート構造物品質検査方法及びコンクリート構造物品質検査装置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】
【０００６】
本発明のコンクリート構造物品質検査方法は、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子を少なくとも２個１組として使用して、これらを予め設定した距離で型枠内に離間配置し、前記型枠内へのコンクリートの打設後、前記センサ素子のうち第１のセンサ素子に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、第２のセンサ素子からは前記第１のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記発振信号と前記受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記第１、第２のセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、一方、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能な第３のセンサ素子又は弾性波を発生できる発振素子あるいは弾性波を受振できる受振素子をコンクリート表面に当てた状態で該第３のセンサ素子又は該発振素子又は前記型枠内のセンサ素子のいずれかに発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動により前記コンクリート内を伝播する弾性波を前記型枠内のセンサ素子又は前記第３のセンサ素子又は前記受振素子で検出させ、そのときに得られる受振信号と前記第３のセンサ素子又は前記発振素子又は前記型枠内のセンサ素子に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記弾性波の速度とから前記型枠内のセンサ素子位置から前記コンクリート表面までの距離であるかぶり厚さやコンクリート厚みを求めることを特徴とする。
【０００７】
上記方法によれば、第１のセンサ素子に印加した発振信号と該発振信号を第２のセンサ素子で受振して得られた受振信号との位相差と、第１、第２のセンサ素子間の距離とに基づいてコンクリート中を伝播する弾性波の速度を求め、例えば、コンクリートが硬化した後には、第３のセンサ素子又は発振素子に印加した発振信号と該発振信号を第２のセンサ素子で受振して得られた受振信号との位相差と、前記弾性波の速度とに基づいて「かぶり厚さ」を求める。若しくは、例えば、コンクリートが硬化した後には、第１のセンサ素子に印加した発振信号と該発振信号を第３のセンサ素子又は受信素子で受振して得られた受振信号との位相差と、前記弾性波の速度とに基づいて「かぶり厚さ」を求める。
したがって、コンクリート中の磁性体の有無に拘らず「かぶり厚さ」を計測することができる。また、本発明は音響波を利用するので、電磁波レーダ法や電磁誘導法では計測が困難であった厚さが数ｍと厚いコンクリート構造物でも対応することができる。
【０００８】
なお、第１、第２、第３のセンサ素子とは別に、機械エネルギを電気エネルギに変換するだけのセンサ素子（以下、第４のセンサ素子と呼ぶ）を新たに設けて、この第４のセンサ素子を、コンクリートを挟んで、第３のセンサ素子又は発振素子と対向する位置に配置することで、コンクリートの厚みを求めることが可能である。すなわち、第１、第２のセンサ素子で弾性波の速度を求めているので、この弾性波の速度と、第３のセンサ素子又は発振素子に印加した発振信号と該発振信号を第４のセンサ素子で受振して得られた受振信号との位相差とに基づいて「コンクリートの厚み」を求めることができる。
【０００９】
また、本発明のコンクリート構造物品質検査方法は、機械エネルギを電気エネルギに変換可能なセンサ素子を少なくとも２個１組として使用して、これらを予め設定した距離で型枠内に離間配置し、前記型枠内へのコンクリートの打設後、電気エネルギを機械エネルギに変換する第３のセンサ素子又は弾性波を発生できる発振素子をコンクリート表面に当てた状態で該第３のセンサ素子又は該発振素子に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、前記２個１組の第１のセンサ素子と第２のセンサ素子の夫々にて前記第３のセンサ素子又は発振素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記第１のセンサ素子の受振信号と前記第２のセンサ素子の受振信号との位相差と、前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、一方、前記第３のセンサ素子又は前記発振素子をコンクリート表面に当てた状態で該第３のセンサ素子又は該発振素子に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動により前記コンクリート内を伝播する弾性波を前記型枠内のセンサ素子で検出させ、そのときに得られる受振信号と前記第３のセンサ素子又は前記発振素子に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記弾性波の速度とから前記型枠内のセンサ素子位置から前記コンクリート表面までの距離であるかぶり厚さやコンクリート厚みを求めることを特徴とする。
【００１０】
上記方法によれば、第３のセンサ素子又は発振素子に発振信号を印加して、第３のセンサ素子又は発振素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を第１、第２のセンサ素子で受振し、第１のセンサ素子で受振した受振信号と第２のセンサ素子で受振した受振信号との位相差と、第１、第２のセンサ素子間の距離とに基づいてコンクリート中を伝播する弾性波の速度を求め、例えば、コンクリートが硬化した後には、第３のセンサ素子又は発振素子に印加した発振信号と該発振信号を型枠内センサ素子（即ち第１のセンサ素子又は第２のセンサ素子）で受振して得られた受振信号との位相差と、前記弾性波の速度とに基づいて「かぶり厚さ」を求める。
したがって、コンクリート中の磁性体の有無に拘らず「かぶり厚さ」を計測することができる。また、本発明は音響波を利用するので、電磁波レーダ法や電磁誘導法では計測が困難であった厚さが数ｍと厚いコンクリート構造物でも対応することができる。
【００１１】
なお、第３のセンサ素子又は発振素子を型枠内のセンサ素子（即ち第１のセンサ素子又は第２のセンサ素子）の直下に配置することで、正確な「かぶり厚さ」が求まるが、直下に配置しなくても、ヘロンの公式を用いることで、正確に「かぶり厚さ」を求めることもできる。この点については、実施の形態で詳細に説明する。
【００１２】
また、本発明のコンクリート構造物品質検査方法は、電気エネルギを機械エネルギに変換可能なセンサ素子を少なくとも２個１組として使用して、これらを予め設定した距離で型枠内に離間配置し、
前記型枠内へのコンクリートの打設後、機械エネルギを電気エネルギに変換する第３のセンサ素子又は弾性波を受振できる受振素子をコンクリート表面に当てた状態で前記２個１組の第１のセンサ素子と第２のセンサ素子の夫々に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、前記第３のセンサ素子又は前記受振素子にて前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出して、前記第１のセンサ素子の発振信号と前記第２のセンサ素子の発振信号との位相差と、前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求め、
一方、前記第３のセンサ素子又は前記受振素子をコンクリート表面に当てた状態で前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子の夫々に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動により前記コンクリート内を伝播する弾性波を前記第３のセンサ素子又は前記受振素子で検出させ、そのときに得られる受振信号と前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子の夫々に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記弾性波の速度とから前記型枠内のセンサ素子位置から前記コンクリート表面までの距離であるかぶり厚さやコンクリート厚みを求めることを特徴とする。
【００１３】
上記方法によれば、型枠内の第１、第２のセンサ素子に発振信号を印加して、第１、第２のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を第３のセンサ素子又は受振素子で受振し、第１のセンサ素子で発振した発振信号と第２のセンサ素子で発振した発振信号との位相差と、第１、第２のセンサ素子間の距離とに基づいてコンクリート中を伝播する弾性波の速度を求め、例えば、コンクリートが硬化した後には、型枠内のセンサ素子（即ち第１のセンサ素子又は第２のセンサ素子）に印加した発振信号と該発振信号を第３のセンサ素子又は受信素子で受振して得られた受振信号との位相差と、前記弾性波の速度とに基づいて「かぶり厚さ」を求める。
したがって、コンクリート中の磁性体の有無に拘らず「かぶり厚さ」を計測することができる。
【００１４】
また、上記各方法において、前記型枠内のセンサ素子の少なくともいずれかのセンサ素子に温度センサ素子を設け、該温度センサ素子からのセンサ信号より前記コンクリートの温度を検出すると共に、一定時間毎の温度計測値を積算し、積算温度値から前記コンクリートの強度を推定することを特徴とする。
【００１５】
上記方法によれば、第１のセンサ素子及び第２のセンサ素子の少なくとも一方に設けた温度センサ素子によってコンクリートの温度を検出し、一定時間毎に積算した積算温度値からコンクリートの強度を推定するので、超音波を利用してコンクリートの強度を推定する従来方法と比べて、コンクリート構造物の形状の影響や鉄筋相互の影響を受けることなくコンクリートの強度を高精度で検査することができる。また、弾性波の速度（音速）でもコンクリートの強度を推定できるので、このコンクリート硬化中の音速と積算温度値との２つの要素でコンクリートの始発から終結までの初期材齢における強度を精度良く推定することができる。また、コンクリートの硬化過程における強度の発現状況を把握できることから、型枠・支保工の適切な撤去時期を決定することができ、コンクリート構造物の品質保証が可能となる。
【００１６】
また、上記方法において、前記積算温度値に加え、前記弾性波の速度及び一定時間毎の速度変化を求め、求めた速度及び速度変化と前記積算温度値とから前記コンクリートの強度を推定することを特徴とする。
【００１７】
上記方法によれば、積算温度及び弾性波速度の両方を１つのセンサ素子（第１のセンサ素子及び第２のセンサ素子の少なくとも一方）で同時に計測できるので、コンクリートの強度推定の精度を高められる。
【００１８】
本発明のコンクリート構造物品質検査装置は、予め設定した距離で型枠内に離間配置され、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能な少なくとも２個１組みのセンサ素子と、前記型枠内へのコンクリートの打設後、前記２個１組のセンサ素子のうち第１のセンサ素子に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させる発振手段と、前記２個１組のセンサ素子のうち第２のセンサ素子からは前記第１のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出す受振手段と、前記発振手段による発振信号と前記受振手段による受振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記第１、第２のセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求める弾性波速度算出手段と、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能な第３のセンサ素子と、前記第３のセンサ素子をコンクリート表面に当てた状態で該第３のセンサ素子又は前記型枠内のセンサ素子のいずれかに発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動により前記コンクリート内を伝播する弾性波を前記型枠内のセンサ素子又は前記第３のセンサ素子で検出させ、そのときに得られる受振信号と前記第３のセンサ素子又は前記型枠内のセンサ素子に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記弾性波の速度とから前記型枠内のセンサ素子位置から前記コンクリート表面までの距離であるかぶり厚さやコンクリート厚みを求めるコンクリート厚み算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、第１のセンサ素子に印加した発振信号と該発振信号を第２のセンサ素子で受振して得られた受振信号との位相差と、第１、第２のセンサ素子間の距離とに基づいてコンクリート中を伝播する弾性波の速度を求め、例えば、コンクリートが硬化した後には、第３のセンサ素子又は発振素子に印加した発振信号と該発振信号を第２のセンサ素子で受振して得られた受振信号との位相差と、前記弾性波の速度とに基づいて「かぶり厚さ」を求める。若しくは、例えば、コンクリートが硬化した後には、第１のセンサ素子に印加した発振信号と該発振信号を第３のセンサ素子で受振して得られた受振信号との位相差と、前記弾性波の速度とに基づいて「かぶり厚さ」を求める。
【００２０】
したがって、コンクリート中の磁性体の有無に拘らず「かぶり厚さ」を計測することができる。また、本発明は音響波を利用するので、電磁波レーダ法や電磁誘導法では計測が困難であった厚さが数ｍと厚いコンクリート構造物でも対応することができる。
【００２１】
また、本発明のコンクリート構造物品質検査装置は、予め設定した距離で型枠内に離間配置され、機械エネルギを電気エネルギに変換可能な少なくとも２個１組のセンサ素子と、コンクリート表面上に当てて使用し、電気エネルギを機械エネルギに変換する第３のセンサ素子と、前記型枠内へのコンクリートの打設後、前記第３のセンサ素子に一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させる発振手段と、前記２個１組の第１のセンサ素子と第２のセンサ素子の夫々にて前記第３のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出す受振手段と、前記第１のセンサ素子の受振信号と前記第２のセンサ素子の受振信号との位相差と、前記第１のセンサ素子と前記第２のセンサ素子間の距離とに基づいて前記弾性波の速度を求める弾性波速度算出手段と、前記第３のセンサ素子をコンクリート表面に当てた状態で該第３のセンサ素子に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動により前記コンクリート内を伝播する弾性波を前記型枠内のセンサ素子で検出させ、そのときに得られる受振信号と前記第３のセンサ素子に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と前記弾性波の速度とから前記型枠内のセンサ素子位置から前記コンクリート表面までの距離であるかぶり厚さやコンクリート厚みを求めるコンクリート厚み算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、第３のセンサ素子に発振信号を印加して、該第３のセンサ素子の機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波を第１、第２のセンサ素子で受振し、第１のセンサ素子で受振した受振信号と第２のセンサ素子で受振した受振信号との位相差と、第１、第２のセンサ素子間の距離とに基づいてコンクリート中を伝播する弾性波の速度を求め、例えば、コンクリートが硬化した後には、第３のセンサ素子に印加した発振信号と該発振信号を型枠内センサ素子（即ち第１のセンサ素子又は第２のセンサ素子）で受振して得られた受振信号との位相差と、前記弾性波の速度とに基づいて「かぶり厚さ」を求める。
したがって、コンクリート中の磁性体の有無に拘らず「かぶり厚さ」を計測することができる。また、本発明は音響波を利用するので、電磁波レーダ法や電磁誘導法では計測が困難であった厚さが数ｍと厚いコンクリート構造物でも対応することができる。
【００２３】
また、上記構成において、前記第１のセンサ素子及び前記第２のセンサ素子の少なくとも一方に設けられる温度センサ素子と、前記少なくとも１つの温度センサ素子からのセンサ信号より前記コンクリート内の温度を計測する温度計測手段と、一定時間毎に前記温度計測手段で計測された温度計測値を積算し、積算温度値から前記コンクリートの強度を推定するコンクリート強度推定手段と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、第１のセンサ素子及び第２のセンサ素子の少なくとも一方に設けた温度センサ素子によってコンクリートの温度を検出し、一定時間毎に積算した積算温度値からコンクリートの強度を推定するので、超音波を利用してコンクリートの強度を推定する従来方法と比べて、コンクリート構造物の形状の影響や鉄筋相互の影響を受けることなくコンクリートの強度を高精度で検査することができる。また、弾性波の速度（音速）でもコンクリートの強度を推定できるので、このコンクリート硬化中の音速と積算温度値との２つの要素でコンクリートの始発から終結までの初期材齢における強度を精度良く推定することができる。また、コンクリートの硬化過程における強度の発現状況を把握できることから、型枠・支保工の適切な撤去時期を決定することができ、コンクリート構造物の品質保証が可能となる
【００２５】
また、上記構成において、前記第１のセンサ素子及び第２のセンサ素子は、圧電セラミックスを備えることを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、圧電セラミックスを備えるセンサ素子を備えるので、装置を安価にできるとともに、精度の高い検査を行うことができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、コンクリート中に磁性体が含まれていてもかぶり厚さを検査することができると共に、コンクリート構造物の形状の影響や鉄筋相互の影響も受けることなくコンクリートの強度を高精度で検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るコンクリート構造物品質検査装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態では、「かぶり厚さ」を計測する場合について述べる。
図１において、本実施の形態のコンクリート構造物品質検査装置１は、型枠内に打設したコンクリートの充填状況を検知する充填検知機能と、コンクリート構造物の「かぶり厚さ」を計測するかぶり厚さ計測機能と、型枠内への打設後のコンクリート構造物の強度を計測する強度計測機能とを有し、これらの機能を実現するため、３つのセンサ素子１０Ａ〜１０Ｃと、１つの発振素子１１と、充填検知回路１２と、発振回路１３と、受振回路１４と、温度計測回路１５と、演算回路１６と、情報表示回路１７とを備えている。
【００２９】
センサ素子１０Ａは単独で充填検知に用いられる。また、センサ素子１０Ａとセンサ１０Ｂは、コンクリート構造物の強度の管理に用いられる。また、センサ１０Ｃと発振素子１１は「かぶり厚さ」の計測に用いられる。センサ素子１０Ａ〜１０Ｃはいずれも同一構成を採り、図２に示すように、圧電セラミックス１０１と、圧電セラミックス１０１を固定する金属板１０２と、圧電セラミックス１０１を金属板１０２と共に収容するケース１０３と、ケース１０３を固定する台座１０４と、台座１０４とケース１０３に収容された金属板１０２との間に介挿され、ケース１０３へのコンクリートの侵入を防止するシール材１０５と、台座１０４上に固定されたサーミスタ、熱電対、温度ゲージ等の温度センサ素子１０６と、圧電セラミックス１０１及び温度センサ素子１０６に配線を行うケーブル１０７とを備えて構成される。
【００３０】
ケース１０３は、圧電セラミックス１０１の周囲に空間を保てる大きさに形成されている。圧電セラミックス１０１は、電気信号の機械信号への変換及びその逆の作用が可能であり、発振素子だけでなく受振素子としても使用することができる。センサ素子１０Ａ〜１０Ｃに圧電セラミックスを使用することで装置を安価にできるとともに、精度の高い検査が可能となる。
【００３１】
センサ素子１０Ａ、１０Ｂは、コンクリート打設前に型枠内の鉄筋上に所定間隔で且つ対向して配置される。図３は、コンクリート打設後の型枠内の状態を示す断面図である。センサ素子１０Ａ、１０Ｂは型枠内の鉄筋２０上に距離Ｌを隔てて対向配置される。センサ素子１０Ａには、発振回路１３から加振用信号Ｓｒが印加される。センサ素子１０Ｂは、センサ素子１０Ａの加振により発生してコンクリート２１内を伝播する弾性波３０の受振検知に用いられる。センサ素子１０Ｃは、センサ素子１０Ｂから離間した鉄筋２０上の位置に配置される。発振素子１１は弾性波を発生させるものであり、コンクリート２１の硬化後の「かぶり厚さ」を計測するときに使用される。発振素子１１には発振回路１３から加振用信号Ｓｒが印加される。センサ素子１０Ｃは、発振素子１１の加振により発生してコンクリート２１内を伝播する弾性波３０の受振検知に用いられる。
【００３２】
図１に戻り、発振回路１３は、センサ素子１０Ａ及び発振素子１１を加振させるための加振用信号Ｓｒを発生するものであり、図４に示すように、同期信号発生器１３１と、可変周波数発振器１３２と、増幅器１３３とを備えて構成されている。
【００３３】
発振回路１３において、同期信号発生器１３１は、可変周波数発振器１３２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。可変周波数発振器１３２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器１３１から同期信号が出力される毎に初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。可変周波数発振器１３２は、充填検知時には、出力する電気信号の周波数を所定の周波数範囲で連続的に変化させるが、凝結、強度、欠陥検知時には周波数を一定にする。増幅器１３３は、可変周波数発振器１３２からの正弦波信号を、センサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１（図２参照）を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｓｒとして出力する。
【００３４】
再び図１に戻り、受振回路１４は、センサ素子１０Ａの加振により発生し、コンクリート２１内を伝播する弾性波３０をセンサ素子１０Ｂで受振する。また、受振回路１４は、発振素子１１の加振により発生し、コンクリート２１内を伝播する弾性波３０をセンサ素子１０Ｃで受振する。受振回路１４は、センサ素子１０Ｂ又はセンサ素子１０Ｃで得られた受振信号Ｓｕを演算回路１６に入力する。温度計測回路１５は、センサ素子１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれに設けられた温度センサ素子１０６から出力されるセンサ信号を取り込み、増幅器（図示略）で所定レベルまで増幅した後、温度情報（電気信号）にして演算回路１６に入力する。
【００３５】
演算回路１６は、マイクロコンピュータ等で構成され、センサ素子１０Ａに印加した加振用信号Ｓｒと、受振回路１４がセンサ素子１０Ｂで受振して得た受振信号Ｓｕとの位相差△ｔを求める。そして、求めた位相差△ｔからコンクリート２１内を伝播する弾性波３０の音速（以下、コンクリート伝播速度と呼ぶ）Ｖを求める。さらに、求めたコンクリート伝播速度Ｖと位相差（センサ素子１０Ａに印加した加振用信号Ｓｒと受振回路１４がセンサ素子１０Ｃで受振して得た受振信号Ｓｕとの位相差）△ｔとを基に「かぶり厚さ」を求める。そして、求めた「かぶり厚さ」を示す情報を情報表示回路１７に入力する。
【００３６】
ここで、図５に加振用信号Ｓｒと受振信号Ｓｕの波形を示す。演算回路１６は、加振用信号Ｓｒと受振信号Ｓｕの位相差△ｔを求めた後、以下に示す式（１）を用いてコンクリート伝播速度Ｖを求める。この場合、コンクリート打設前にセンサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂの間の距離Ｌを計測しておくことで容易にコンクリート伝播速度Ｖを求めることができる。
Ｖ＝Ｌ／△ｔ  …（１）
【００３７】
コンクリート２１が硬化した後、発振素子１１をコンクリート２１の表面に当ててコンクリート２１の内部に弾性波３０を印加する。これにより、演算回路１６は発振素子１１に印加された加振用信号Ｓｒとセンサ素子１０Ｃで受振した受振信号Ｓｕとの位相差△ｔを求める。そして、以下に示す式（２）を用いて「かぶり厚さ」Ｌｓを求める。
Ｌｓ＝Ｖ・△ｔ  …（２）
【００３８】
演算回路１６は、コンクリート伝播速度Ｖから「かぶり厚さ」Ｌｓを求める以外に、コンクリート伝播速度Ｖからコンクリート構造物の硬度を推定し、その硬度推定値を情報表示回路１７に入力する。また、演算回路１６は、温度計測回路１５から入力された温度情報を積算してコンクリート強度を推定し、その推定値を情報表示回路１７に入力する。また、演算回路１６は、温度情報を積算した積算値が予め設定した積算温度に達すると報知信号を情報表示回路１７に入力する。
【００３９】
ここで、コンクリート伝播速度Ｖは、コンクリート２１の硬度が小さいとき（始発時）に遅く、コンクリート２１の硬度が大きいとき（終結時）には速くなるので、速度が遅ければ始発と判定でき、速度が速ければ終結と判定できる。このようにしてコンクリート２１の凝結を判定することができる。一方、発振回路１３から出力された発振信号の発振波形と受振回路１４で受振された受振信号の受振波形との位相差△ｔが基準時間より著しく大きい場合は、ひび割れ等による欠陥があると推定できる。
【００４０】
さらに、演算回路１６は、充填検知回路１２から入力される信号Ｓｏを基に、コンクリート２１の充填状況を判定する。充填状況判定の詳細については後述する。
【００４１】
情報表示回路１７は、液晶パネル、複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）、ブザー等の表示手段や報知手段を有し、演算回路１６で判定された充填状況や、演算回路１６で演算されたコンクリート伝播速度Ｖやコンクリート２１の「かぶり厚さ」Ｌｓや、コンクリート伝播速度Ｖから推定されたコンクリート硬度推定値、積算温度からのコンクリート強度推定値等を液晶パネルで数値表示したり、ＬＥＤを使用して段階（レベル）表示したりすると共に、演算回路１６から報知信号が入力されたときにブザーを鳴動させたり、ＬＥＤを点灯させたりする。
【００４２】
図１に戻り、充填検知回路１２は、打設されたコンクリート２１の充填状況を検知するものであり、図４に示すように、抵抗１２１と、差動増幅器１２２と、４象限掛け算器１２３と、ローパスフィルタ１２４とを備えて構成されている。抵抗１２１は、センサ素子１０Ａと直列に接続され、その両端にはセンサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１に流れる電流に対応する電圧が発生する。圧電セラミックス１０１に流れる電流は周波数の変化によって変化するので、抵抗１２１の両端に現れる電圧は圧電セラミックス１０１の周波数特性を反映したものになる。差動増幅器１２２は、抵抗１２１の両端の電位差を信号Ｓｉとして出力する。
【００４３】
４象限掛け算器１２３は、発振回路１３から出力された加振用信号Ｓｒと差動増幅器１２２から出力された信号Ｓｉを乗算してこれらの電圧に対するノイズの影響を除去する。ローパスフィルタ１２４は４象限掛け算器１２３の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号Ｓｏを出力する。
【００４４】
ローパスフィルタ１２４を通過した信号Ｓｏは、演算回路１６に入力されて、型枠内に打設されたコンクリート２１の充填状況が判定される。すなわち、演算回路１６は、センサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１にコンクリート２１を接触させないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ１２４から出力される信号から、圧電セラミックス１０１に対する型枠内におけるコンクリート２１の接触・非接触を判定し、その結果（良否）を可視的に表示するための表示情報を生成する。なお、圧電セラミックス１０１の固有の振動周波数特性を一度設定しておけば以後のメンテナンス時以外、再設定する必要はない。また、圧電セラミックス１０１の固有の振動周波数特性は演算回路１６にて記憶されている。
【００４５】
充填検知回路１２を動作させると、発振回路１３の可変周波数発振器１３２にて発生した正弦波信号が増幅器１３３にて増幅されて加振用信号Ｓｒとしてセンサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１に入力されて、圧電セラミックス１０１にて機械的振動が発生する。加振用信号Ｓｒは４象限掛け算器１２３へも入力される。
【００４６】
センサ素子１０Ａの圧電セラミックス１０１に機械的振動が発生すると、抵抗１２１の両端には圧電セラミックス１０１に流れる電流に対応する電圧が発生する。このときの電位差に応じた信号Ｓｉが差動増幅器１２２から出力される。差増増幅器１２２からの信号Ｓｉと発振回路１３の増幅器１３３からの加振用信号Ｓｒとが４象限掛け算器１２３にて乗算される。そして、その出力がローパスフィルタ１２４にてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて信号Ｓｏが出力される。この信号Ｓｏは、加振用信号Ｓｒの周波数変化に対する圧電セラミックス１０１の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。
【００４７】
このとき、圧電セラミックス１０１の表面に充填物が接触していないと、圧電セラミックス１０１の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が図６に示すように現れる。そして、この圧電セラミックス１０１の周りにコンクリートが充填されると、圧電セラミックス１０１の振動特性が変化して、図７に示すようにピーク電圧の位置と大きさが変化する。このピーク電圧の変化からコンクリート２１の充填状況を判定できる。
【００４８】
上記作動原理を、数式を用いて説明すると、以下のようになる。ここで、Ｓｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）、Ｓｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
【００４９】
Ｓｒ×Ｓｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２  …（３）
【００５０】
式（３）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに信号Ｓｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用信号Ｓｒと信号Ｓｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は信号Ｓｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。
【００５１】
したがって、ローパスフィルタ１２４を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力Ｓｏには周波数特性が電圧の形で現れる。型枠内にコンクリート２１が充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することで、その状況を検知することができる。
【００５２】
なお、上記センサ素子１０Ａは第１のセンサ素子に対応し、センサ素子１０Ｂは第２のセンサ素子に対応する。また、発振回路１３は発振手段に対応し、受振回路１４は受振手段に対応する。また、演算回路１６は弾性波速度算出手段とかぶり厚さ算出手段とコンクリート強度推定手段に対応する。また、温度計測回路１５は温度計測手段に対応する。また、発振素子１１はセンサ素子１０Ａ，１０Ｂと同様に同一構成を採ることで、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能にして、発振素子だけでなく受振素子としても使用可能なセンサ素子に置き換えることもできる。この場合のセンサ素子は第３のセンサ素子に対応する。
【００５３】
次に、図８に示すフロー図を参照して、本実施の形態のコンクリート構造物品質検査装置１を使用したコンクリートの品質管理について説明する。また、この説明において図１も参考にする。
【００５４】
コンクリートの品質管理を行うには、まず型枠内にセンサ素子１０Ａ〜１０Ｃを設ける。この際、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂとの間の距離Ｌを計測しておく。また、センサ素子１０Ｃは「かぶり厚さ」を計測できるように鉄筋２０上に配置する。次いで、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂとの間で発振、受振を行い、発振波形と受振波形の位相差△ｔとセンサ素子１０Ａ、１０Ｂ間の距離Ｌとからコンクリート伝播速度Ｖを計測する。また、コンクリート伝播速度計測と並行して、各センサ素子１０Ａ〜１０Ｃに設けた温度センサ素子１０６からのセンサ信号を基に温度計測と積算温度計測を行う。
【００５５】
次いで、コンクリート硬化中であれば、コンクリート伝播速度Ｖの変化及びコンクリート硬化過程における温度を計測する。そして、コンクリート伝播速度Ｖの変化及びコンクリート硬化過程における温度の計測結果並びに温度計測・積算温度計測結果からコンクリート２１の硬化過程における強度の発現状況を把握し、型枠・支保工、撤去管理を行う。一方、例えば、コンクリートが硬化した後は、コンクリート伝播速度Ｖを基準として、「かぶり厚さ」を計測するとともに、欠陥検知やコンクリート強度推定を行う。
【００５６】
このように、本実施の形態のコンクリート構造物品質検査装置１によれば、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂを予め決定された距離Ｌで離間配置し、また鉄筋２０上にセンサ素子１０Ｃを配置し、この状態で型枠内にコンクリート２１を打設した後、センサ素子１０Ａに一定の周波数の発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動によりコンクリート２１内を伝播する弾性波を検出した受振信号をセンサ素子１０Ｂで取り出し、この取り出した受振信号とセンサ素子１０Ａに印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と、センサ素子１０Ａ、１０Ｂ間の距離Ｌとに基づいてコンクリート伝播速度Ｖを求め、例えば、コンクリート２１が硬化した後は、発振素子１１をセンサ素子１０Ｃ直上のコンクリート表面に当てた状態で発振素子１１に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動によりコンクリート２１内を伝播する弾性波をセンサ素子１０Ｃで検出させ、そのときに得られる受振信号と発振素子１１に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差とコンクリート伝播速度Ｖとから鉄筋２０からコンクリート２１の表面までの距離であるかぶり厚さを求めることにより、コンクリート中の磁性体の有無に拘らず「かぶり厚さ」を計測することができる。また、「かぶり厚さ」の計測に音響波を利用するので、電磁波レーダ法や電磁誘導法では計測が困難であったコンクリート厚みが数ｍと厚いコンクリートでも対応することができる。
【００５７】
また、各センサ素子１０Ａ〜１０Ｃに設けた温度センサ素子１０６によってコンクリート２１の温度を検出し、一定時間毎に積算した積算温度値からコンクリート２１の強度を推定するので、超音波を利用してコンクリートの強度を推定する従来方法と比べて、コンクリート構造物の形状の影響や鉄筋相互の影響を受けることなくコンクリートの強度を高精度で検査することができる。また、弾性波の速度（音速）でもコンクリートの強度を推定できるので、このコンクリート硬化中の音速と積算温度値との２つの要素でコンクリートの始発から終結までの初期材齢における強度を精度良く推定することができる。また、コンクリートの硬化過程における強度の発現状況を把握できることから、型枠・支保工の適切な撤去時期を決定することができ、コンクリート構造物の品質保証が可能となる。
【００５８】
また、各センサ素子１０Ａ〜１０Ｃに圧電セラミックス１０１を用いたので、各センサ素子１０Ａ〜１０Ｃの価格を低く抑えることができ、装置を安価にできるとともに、精度の高い検査を行うことができる。
【００５９】
なお、上記実施の形態では、「かぶり厚さ」を計測するための専用のセンサ素子１０Ｃを設けたが、センサ素子１０Ｂでも代用することができる。特に、本実施の形態のセンサ素子１０Ａ〜１０Ｃは異方性が無いため、前後左右上下のいずれの方向にでも均等に発振、受振することができる。したがって、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂをそれぞれの圧電セラミックス１０１が対向するように配置させても、センサ素子１０Ｂは発振素子１１からの弾性波を受振することができる。また、「かぶり厚さ」の検出にセンサ素子１０Ｃを使用せずセンサ素子１０Ｂを使用することで、製品コストを下げることができる。
【００６０】
また、上記実施の形態では、「かぶり厚さ」を計測するだけであったが、センサ素子１０Ａ〜１０Ｃ及び発振素子１１とは別に、機械エネルギを電気エネルギに変換するだけのセンサ素子（以下、第４のセンサ素子と呼ぶ）を新たに設けて、この第４のセンサ素子を、コンクリート２１を挟んで、発振素子１１と対向する位置に配置することで、コンクリート１２の厚みを求めることが可能である。すなわち、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂで弾性波３０の速度を求めているので、この弾性波の速度と、発振素子１１に印加した発振信号と該発振信号を第４のセンサ素子で受振して得られた受振信号との位相差とに基づいて「コンクリートの厚み」を求めることができる。
【００６１】
また、上記実施の形態では、発振素子１１は、弾性波を発生させるものであったが、センサ素子１０Ａ〜１０Ｃと同様に、電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子であっても良い。
【００６２】
また、上記実施の形態では、発振素子１１で発生した機械的振動によりコンクリート内を伝播する弾性波をセンサ素子１０Ｃで検出するとしたが、発振素子１１に代えて電気エネルギと機械エネルギを可逆的に変換可能なセンサ素子（本明細書で言う「第３のセンサ素子」）を適用して、例えば、型枠内に設けたセンサ素子１０Ａに発振信号を印加して機械的振動を発生させ、この機械的振動によりコンクリート２１内を伝播する弾性波を、コンクリート表面に当てた上記の第３のセンサ素子で検出して受振信号を取り出し、この取り出した受振信号とセンサ素子１０Ａに印加した発振信号との位相差を求めることもできる。
【００６３】
また、上記実施の形態では、２個１組としたセンサ素子１０Ａ及び１０Ｂを用いたが、同時に検査したい箇所が複数あれば、その数に応じた組数のセンサ素子を用いることも可能である。この場合、各組に対して演算回路１６及び情報表示回路１７を設ける必要はなく、マルチプレクサ等の切替え器を用いて適宜切り替えるようにすれば良い。
【００６４】
また、本発明は、型枠内に打設するコンクリートに限らず、所定の空間内に充填物を充填するすべての場合に適用できることは言うまでもない。
【００６５】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るコンクリート構造物品質検査装置の概略構成を示すブロック図である。
図９において、前述した図１と共通する部分には同一の符号を付けてその説明を省略する。本実施の形態のコンクリート構造物品質検査装置１Ａは、センサ素子１０Ａを受振素子（機械エネルギを電気エネルギに変換する素子）として使用し、センサ素子１０Ｂと共に弾性波３０の速度を求めるようしたものである。
【００６６】
即ち、本実施の形態のコンクリート構造物品質検査装置１Ａは、型枠内へのコンクリートの打設後、発振素子１１を図９の実線で示すようにコンクリート２１の側面に当てた状態で発振素子１１に発振信号を印加して機械的振動を発生させ、センサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂの夫々にて発振素子１１の機械的振動によりコンクリート２１内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出して、センサ素子１０Ａの受振信号とセンサ素子１０Ｂの受振信号との位相差と、センサ素子１０Ａ、１０Ｂ間の距離とに基づいて弾性波の速度を求める。そして、例えば、コンクリート２１が硬化した後、発振素子１１を図９の点線で示すようにコンクリート２１の下面に当てた状態で発振素子１１に発振信号を印加して機械的振動を発生させて、この機械的振動によりコンクリート２１内を伝播する弾性波をセンサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂで検出し、そのときに得られる受振信号と発振素子１１に印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と弾性波の速度とから、センサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂの位置からコンクリート２１の表面までの距離であるかぶり厚さを求める。
【００６７】
これにより、コンクリート２１中の磁性体の有無に拘らず「かぶり厚さ」を計測することができる。また、音響波を利用することで、電磁波レーダ法や電磁誘導法では計測が困難であった厚さが数ｍと厚いコンクリート構造物でも対応することができる。
【００６８】
なお、弾性波の速度を求める際に、発振素子１１を図９の実線で示すようにコンクリート２１構造物の側面に当てるようにしたが、図９の点線で示すようにコンクリート構造物の下面に当てるようにしても構わない。なお、センサ素子１０Ａの受振信号とセンサ素子１０Ｂの受振信号の位相差がゼロ又は小さくなる位置即ちセンサ素子１０Ａとセンサ素子１０Ｂの中間位置及びその近傍に発振素子１１を当てた場合に、発振素子１１と両センサ素子１０Ａ、１０Ｂとの位相差から弾性波の速度を求めることができないので、この場合には、先ずセンサ素子１０Ａを発振素子として使用し、予めセンサ素子１０Ａ、１０Ｂ間での弾性波の速度を計測した後、センサ素子１０Ａを受振素子に切り替えて、発振素子１１で発生させた機械的振動の伝播時間を各センサ素子１０Ａ、１０Ｂで計測することにより、センサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂの位置からコンクリート２１の表面までの距離であるかぶり厚さやコンクリート厚みを求めても良い。
【００６９】
なお、例えば、コンクリート２１が硬化した後、センサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂに発振信号を印加して機械的振動を発生させ、コンクリートの表面に当てた第３のセンサ素子又は弾性波を受振できる受振素子にてセンサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂの機械的振動によりコンクリート２１内を伝播する弾性波を検出した受振信号を取り出して、そのときに得られる受振信号とセンサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂに印加した発振信号との位相差を求め、求めた位相差と予め求めた弾性波の速度とから、センサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂの位置からコンクリート２１の表面までの距離であるかぶり厚さを求めるようにしても良い。
【００７０】
また、発振素子１１を型枠内のセンサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂの直下に配置することで、正確な「かぶり厚さ」が求まるが、直下に配置しなくても、ヘロンの公式を用いることで、正確に「かぶり厚さ」を求めることもできる。実際の現場では、コンクリートの打設後は、型枠内のセンサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂの位置を正確に把握することができないことがあり、正確な「かぶり厚さ」が求まらない。そこで、ヘロンの公式を用いることで、発振素子１１がセンサ素子１０Ａ又はセンサ素子１０Ｂの直下に持って行かなくとも正確に「かぶり厚さ」を求めることができる。
【００７１】
例えば、図１０に示すように、”Ａ”は発振素子１１の位置、”Ｂ”はセンサ素子１０Ａの位置、”Ｃ”はセンサ素子１０Ｂの位置とする。”Ｂ”と”Ｃ”との間の距離ａは、センサ素子１０Ａと１０Ｂの距離であり既知である。”Ａ”と”Ｃ”との間の距離ｂは、弾性波の速度と、発振素子１１の発振信号とセンサ素子１０Ｃの受振信号の位相差とから求まり、また”Ａ”と”Ｂ”との間の距離ｃは、弾性波の速度と、発振素子１１の発振信号とセンサ素子１０Ｂの受振信号の位相差とから求まる。したがって、３つの距離ａ、ｂ、ｃからＡ、Ｂ、Ｃを各頂点とする三角形の面積Ｓは、ヘロンの公式より求めることができる。
Ｓ＝（ｓ×（ｓ−ａ）×（ｓ−ｂ）×（ｓ−ｃ））１／２
但し、ｓ＝１／２×（ａ＋ｂ＋ｃ）である。
したがって、かぶり厚さｈは、以下のようになる。
ｈ＝２Ｓ／ａ
２方向（Ｘ、Ｙ）で両方の”ｈ”が最小となる位置がセンサ素子１０Ｂの直上となり、「かぶり厚さ」と判断できる。また、同時にセンサ素子１０Ｂの埋設位置も推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るコンクリート構造物品質検査の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のセンサ素子の構成を示す図である。
【図３】図１のセンサ素子のコンクリート内での配置関係を示す図である。
【図４】図１の充填検知回路及び発振回路の構成を示すブロック図である。
【図５】コンクリート内でのセンサ素子間の信号波形を示す図である。
【図６】図１のコンクリート構造物品質検査装置の測定結果の一例で、型枠内にコンクリートが無い場合の出力電圧波形図である。
【図７】図１のコンクリート構造物品質検査装置の測定結果の一例で、型枠内にコンクリートが有る場合の出力電圧波形図である。
【図８】図１のコンクリート構造物品質検査装置を使用したコンクリートの品質管理を説明するためのフロー図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るコンクリート構造物品質検査の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】ヘロンの公式を用いて「かぶり厚さ」を求める方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７３】
１、１Ａ  コンクリート構造物品質検査装置
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  センサ素子
１１  発振素子
１２  充填検知回路
１３  発振回路
１４  受振回路
１５  温度計測回路
１６  演算回路
１７  情報表示回路
２０  鉄筋
２１  コンクリート
３０  弾性波
１０１  圧電セラミックス
１０２  金属板
１０３  ケース
１０４  台座
１０５  シール材
１０６  温度センサ素子
１０７  ケーブル
１２１  抵抗
１２２  差動増幅器
１２３  ４象限掛け算器
１２４  ローパスフィルタ
１３１  同期信号発生器
１３２  可変周波数発振器
１３３  増幅器
【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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