(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の距離を置いて配置された第１及び第２のセンサにより、固体内を伝播する弾性波をそれぞれ検知し、前記弾性波が前記第１及び第２のセンサにより検知される時間差を測定し、該時間差と前記距離から前記弾性波の前記固体内での伝播速度を演算する方法において、
前記第１及び第２のセンサにより検知された前記弾性波の第１及び第２電圧波形の所定の立ち上がり領域における波形の最大勾配をそれぞれ演算し、
それら演算された前記第１及び第２電圧波形の最大勾配に対して所定の割合を有する勾配を波頭勾配値としてそれぞれ演算し、
それら演算された前記波頭勾配値を有する前記第１及び第２電圧波形の立ち上がり領域における位置をそれぞれ波頭として、当該波頭間の前記時間差を求めて、前記伝播速度を演算する、
ことを特徴とする弾性波伝播速度測定演算方法。
【請求項２】
前記最大勾配及び前記波頭勾配値の演算において、
前記弾性波の第１及び第２電圧波形を所定のサンプリング間隔でサンプリングして第１及び第２離散データを収集し、
前記第1及び第２離散データに基づき、第１及び第２電圧波形それぞれについて、前記最大勾配及び前記波頭勾配値を演算する、
ことを特徴とする請求項１記載の弾性波伝播速度測定演算方法。
【請求項３】
前記最大勾配及び前記波頭勾配値の演算において、
前記収集された第１及び第２離散データに基づいて、それら第１及び第２離散データの各サンプリング点を通過する第１及び第２補間波形を演算し、
それら演算された第１及び第２補間波形に基づいて前記最大勾配及び前記波頭勾配値を演算する、
ことを特徴とする請求項２記載の弾性波伝播速度測定演算方法。
【請求項４】
固体の圧縮強度を測定する非破壊圧縮強度試験装置において、
試験対象物に弾性波を発生させる振動発生手段と、
該試験対象物上に所定の距離を置いて配置し得る第１及び第２のセンサと、
前記第１及び第２のセンサにより検知された前記弾性波の第１及び第２電圧波形の所定の立ち上がり領域における最大勾配をそれぞれ演算する最大勾配演算手段と、
前記第１及び第２電圧波形の最大勾配に対して所定の割合を有する勾配を波頭勾配値としてそれぞれ演算し、それら演算された前記波頭勾配値を有する前記第１及び第２電圧波形の立ち上がり領域における位置をそれぞれ波頭として抽出する波頭抽出手段と、
前記第１及び第２電圧波形の波頭の各発生した時間の時間差を求める時間差検出手段と、
前記時間差と、前記第１及び第２のセンサの所定の距離に基づき、試験対象物を伝播する前記弾性波の伝播速度を演算する速度演算手段と、
前記演算された弾性波の伝播速度に基づき、試験対象物の圧縮強度を演算する圧縮強度演算手段と、
を有することを特徴とする非破壊圧縮強度試験装置。
【請求項５】
前記弾性波の第１及び第２電圧波形を所定のサンプリング間隔でサンプリングして第１及び第２離散データを収集するアナログ／デジタル変換手段を有し、
前記最大勾配演算手段が、
前記第１及び第２離散データに基づき、前記第１及び第２電圧波形それぞれについて、前記最大勾配を演算し、
前記波頭抽出手段が、
前記第１及び第２離散データと前記最大勾配とに基づき、前記第１及び第２電圧波形それぞれについて、前記波頭勾配値を演算する、
ことを特徴とする請求項４記載の非破壊圧縮強度試験装置。
【請求項６】
前記第１及び第２離散データに基づき、それら第１及び第２離散データの各サンプリング点を通過する第１及び第２補間波形を演算する補間波形演算手段を有し、
前記最大勾配演算手段が、
前記第１及び第２補間波形に基づいて、前記最大勾配を演算し、
前記波頭抽出手段が、
前記第１及び第２補間波形と前記最大勾配とに基づいて、前記波頭勾配値を演算する、
ことを特徴とする請求項５記載の非破壊圧縮強度試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体（コンクリート、鉄骨等）内を伝播する弾性波の伝播速度を測定する方法において、詳しくは、該弾性波の振動立ち上がり点（以下、「波頭」と呼ぶ。）を抽出する方法及び該方法を用いた非破壊圧縮強度試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物等の圧縮強度を試験する方法には以下のようなものがある。
【０００３】
▲１▼コンクリート打設時にテストピースを作成し、該テストピースに対して所定の時期に圧縮試験機により圧縮強度試験を行う。
【０００４】
▲２▼柱、梁、壁等調べたい場所の一部をコアボーリング等によりサンプリングし、該サンプリングしたテストピースを圧縮試験機により試験する。
【０００５】
▲３▼表面硬度法（シュミットハンマー）による非破壊圧縮強度試験。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記▲１▼、▲２▼、▲３▼の方法には以下のような不都合がともなっている。
【０００７】
▲１▼の場合、テストピースの作成、養生、保管等の管理上の煩雑さ、テストピースの強度から実際の構造物における強度を間接的に類推すると言う対応性の問題等、不都合がある。
【０００８】
▲２▼の場合、構造躯体の一部を採取するために欠損が生じ、更にこの採取には大掛かりな作業が必要である。
【０００９】
▲３▼の場合、コンクリートを局部的に打撃して試験するので、表面硬度のバラツキの影響を受け易く、試験結果に比較的大きなバラツキが生じ、信頼性に欠ける。
【００１０】
これらの問題を解決するために、本出願人は、コンクリートに弾性波を発生させ、該弾性波の伝播速度を測定することにより、コンクリートの圧縮強度を測定する非破壊圧縮強度試験方法及び非破壊圧縮強度試験装置を特願２０００−３２８５１６で提案している。
【００１１】
しかし、この場合、弾性波の伝播速度の算出に厳しい精度が要求されるが、図６に示すように、一般的には振動測定器の潜在ノイズ、測定対象の微振動、外乱等により、上記弾性波の波頭の立ち上がり点ＳＰがノイズに埋もれて判別が困難であり、要求される精度の上記伝播速度の算出が困難である。
【００１２】
そこで本発明は上記事情に鑑み、管理上の煩雑さ、対応性の問題が無く、部材欠損による構造物への損傷を与えることも無く、加えて、容易且つ合理的に信頼性と精度の高い試験結果を得ることができる弾性波伝播速度測定演算方法及び該方法を用いた非破壊圧縮強度試験装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、所定の距離（Ｌ）を置いて配置された第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）により、固体内を伝播する弾性波（ＰＳ）をそれぞれ検知し、前記弾性波（ＰＳ）が前記第１及び第２センサ（Ｓ１，Ｓ２）により検知される時間差（ΔＴ）を測定し、該時間差（ΔＴ）と前記距離（Ｌ）から前記弾性波（ＰＳ）の前記固体内での伝播速度（Ｖ）を演算する方法において、
前記第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）により検知された前記弾性波（ＰＳ）の第１及び第２電圧波形（３１，３２）の所定の立ち上がり領域（Ａ１，Ａ２）における波形の最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）をそれぞれ演算し、
それら演算された前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）に対して所定の割合を有する勾配を波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）としてそれぞれ演算し、
それら演算された前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を有する前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の立ち上がり領域（Ａ１，Ａ２）における位置をそれぞれ波頭（Ｈ１，Ｈ２）として、当該波頭間の前記時間差（ΔＴ）を求めて、前記伝播速度（Ｖ）を演算する、
ことを特徴とする弾性波伝播速度測定演算方法である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）の演算において、
前記弾性波（ＰＳ）の第１及び第２電圧波形（３１，３２）を所定のサンプリング間隔（ＳＴ）でサンプリングして第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）を収集し、
前記第1及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に基づき、第１及び第２電圧波形（３１，３２）それぞれについて、前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を演算する、
ことを特徴とする請求項１記載の弾性波伝播速度測定演算方法である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）の演算において、
前記収集された第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に基づいて、それら第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）の各サンプリング点（ＳＰ１１〜ＳＰ１５，ＳＰ２１〜ＳＰ２６）を通過する第１及び第２補間波形（５０１，５０２）を演算し、
それら演算された第１及び第２補間波形（５０１，５０２）に基づいて前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を演算する、
ことを特徴とする請求項２記載の弾性波伝播速度測定演算方法である。
【００１６】
請求項４に係る発明は、固体の圧縮強度を測定する非破壊圧縮強度試験装置（１）において、
試験対象物に弾性波（ＰＳ）を発生させる振動発生手段（５）と、
該試験対象物上に所定の距離を置いて配置し得る第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）と、
前記第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）により検知された前記弾性波（ＰＳ）の第１及び第２電圧波形（３１，３２）の所定の立ち上がり領域（Ａ１，Ａ２）における最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）をそれぞれ演算する最大勾配演算手段（２２３，２３３）と、
前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）に対して所定の割合を有する勾配を波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）としてそれぞれ演算し、それら演算された前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を有する前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の立ち上がり領域（Ａ１，Ａ２）における位置をそれぞれ波頭（Ｈ１，Ｈ２）として抽出する波頭抽出手段（２２４，２３４）と、
前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の波頭（Ｈ１，Ｈ２）の各発生した時間（Ｔｈ１，Ｔｈ２）の時間差（ΔＴ）を求める時間差検出手段（２４）と、
前記時間差（ΔＴ）と、前記第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）の所定の距離（Ｌ）に基づき、試験対象物のコンクリートを伝播する前記弾性波（ＰＳ）の伝播速度（Ｖ）を演算する速度演算手段（２５）と、
前記演算された弾性波（ＰＳ）の伝播速度（Ｖ）に基づき、試験対象物の圧縮強度（Ｆ）を演算する圧縮強度演算手段（２６）と、
を有することを特徴とする非破壊圧縮強度試験装置（１）である。
【００１７】
請求項５に係る発明は、前記弾性波（ＰＳ）の第１及び第２電圧波形（３１，３２）を所定のサンプリング間隔（ＳＴ）でサンプリングして第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）を収集するアナログ／デジタル変換手段（２２１，２３１）を有し、
前記最大勾配演算手段（２２３，２３３）が、
前記第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に基づき、前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）それぞれについて、前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）を演算し、
前記波頭抽出手段（２２４，２３４）が、
前記第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）と前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）とに基づき、前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）それぞれについて、前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を演算する、
ことを特徴とする請求項４記載の非破壊圧縮強度試験装置（１）である。
【００１８】
請求項６に係る発明は、前記第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に基づき、それら第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）の各サンプリング点（ＳＰ１１〜ＳＰ１５，ＳＰ２１〜ＳＰ２６）を通過する第１及び第２補間波形（５０１，５０２）を演算する補間波形演算手段（２２２，２３２）を有し、
前記最大勾配演算手段（２２３，２３３）が、
前記第１及び第２補間波形（５０１，５０２）に基づいて、前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）を演算し、
前記波頭抽出手段が、
前記第１及び第２補間波形（５０１，５０２）と前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）とに基づいて、前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を演算する、
ことを特徴とする請求項５記載の非破壊圧縮強度試験装置（１）である。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、波頭近傍（Ａ１，Ａ２）における上記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）に所定の比を掛けて算出した勾配値を波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）として求め、第１及び第２電圧波形（３１，３２）において対応する勾配値を有する位置を波頭（Ｈ１，Ｈ２）として抽出していることから、波頭近傍（Ａ１，Ａ２，ＳＰ）における潜在ノイズ等による上記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の乱れに影響されることがなく、正確に波頭（Ｈ１，Ｈ２）を抽出することができる。また、勾配値の比により波頭（Ｈ１，Ｈ２）を求めていることから、上記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の増幅度や電圧振幅の大小が問題にならず、更に、電圧振幅の差を取るので上記第１及び第２電圧波形（３１，３２）のドリフトやゼロ点の影響は除外され、高精度に測定対象を伝播する弾性波（ＳＰ）の速度（Ｖ）を算出することができる。
【００２０】
請求項２の発明によると、波頭近傍（Ａ１，Ａ２）における上記第１及び第２電圧波形（３１，３２）を所定のサンプリング間隔（ＳＴ）でサンプリングして第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）を収集するので、コンピュータによる演算により各波頭（Ｈ１，Ｈ２）を抽出することが可能となり、測定対象物を伝播する弾性波（ＰＳ）の速度（Ｖ）を高精度で算出することができる。
【００２１】
請求項３の発明によると、上記所定のサンプリング間隔（ＳＴ）でサンプリングされたデジタルデータである第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に基づき、それらの第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）の各サンプリング点（ＳＰ１１〜ＳＰ１５，ＳＰ２１〜ＳＰ２６）を通過する高次式から第１及び第２補間波形（５０１，５０２）を演算し、それら演算された第１及び第２補間波形（５０１，５０２）に基づいて前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を演算するので、上記サンプリング間隔（ＳＴ）がある程度の大きさを許容したものであっても、合理的且つ精度を高く上記波頭（Ｈ１，Ｈ２）を抽出することができ、ひいては、測定対象物を伝播する弾性波（ＰＳ）の速度（Ｖ）を高精度で算出することができる。これにより、サンプリング間隔（ＳＴ）を余り短くできない市販のパソコン等の使用が可能となり、小型且つ実用的な装置の実現が可能となる。
【００２２】
請求項４の発明によると、比較的短い測定距離（Ｌ）で容易に、精度の高い試験対象物における弾性波（ＰＳ）の伝播速度（Ｖ）を測定することができ、該伝播速度（Ｖ）から導出する試験対象物の圧縮強度（Ｆ）を容易に精度よく試験することが可能である。また、試験対象物の表面状態や場所（Ｐ１，Ｐ２）を選ばないので、実構造物の様々な部位で簡易に試験対象物の非破壊圧縮強度試験が可能であり、更に、管理上の煩雑さ、対応性の問題が無く、部材欠損による構造物への損傷を与えることも無く、容易に信頼性と精度の高い試験対象物の非破壊圧縮強度試験ができる。
【００２３】
請求項５の発明によると、弾性波（ＰＳ）の波頭近傍（Ａ１，Ａ２）のアナログ信号（３１，３２）をデジタルデータである第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に変換し、該第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）からコンピュータにより合理的に上記波頭（Ｈ１，Ｈ２）を抽出することが可能となり、ひいては、合理的且つ精度の高い試験対象物における弾性波（ＰＳ）の伝播速度（Ｖ）を測定することができ、該伝播速度（Ｖ）から導出する試験対象物の圧縮強度（Ｆ）を容易に精度よく試験することができる。
【００２４】
請求項６の発明によると、上記第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）から上記第１及び第２補間波形（５０１，５０２）を求め、該第１及び第２補間波形（５０１，５０２）に基づいて上記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を算出するので、上記Ａ／Ｄ変換手段（２２１，２３１）の演算速度が遅くて処理能力が低く、該Ａ／Ｄ変換におけるサンプリング間隔（ＳＴ）が比較的大きくても、合理的且つ精度を高く波頭（Ｈ１，Ｈ２）を抽出することができ、ひいては、合理的且つ精度の高い試験対象物における弾性波（ＰＳ）の伝播速度（Ｖ）を測定することができ、該伝播速度（Ｖ）から導出する試験対象物の圧縮強度（Ｆ）を容易に精度よく試験することが可能である。
【００２５】
尚、括弧内の番号等は、図面及び本文における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上及び本文中の記載に限定拘束されるものではない。
【００２６】
また、図示した振動波形は正方向への立ち上りを示しているが、負方向への立ち上りの場合は波形の符号を変えれば同様の扱いとなる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づき、本発明に係るコンクリートの弾性波伝播速度演算方法及び該方法を用いた非破壊圧縮強度試験装置の実施例を示す。
【００２８】
図１は、本発明に係るコンクリートの非破壊圧縮強度試験の様子を模擬した断面図である。
【００２９】
１は非破壊圧縮強度試験装置であり、該非破壊圧縮強度試験装置１は、器具３と制御装置２とを備えている。
【００３０】
該器具３はフレーム３１を有しており、該フレーム３１は試験結果に影響を与えないために、コンクリートより弾性波伝播速度の低い材質でできている。また、フレーム３１の両端部近傍には第１センサＳ１，第２センサＳ２が所定の距離Ｌを介して設けられており、上記器具３は全体としてコの字型になっている。更にフレーム３１の中央付近は、試験者が手で握り持ち運びできる取手部３１ａが形成されている。上記第１センサＳ１及び第２センサＳ２はケーブル４により上記制御装置２と接続されている。
【００３１】
図２は、上記制御装置２及び器具３の制御構成を示すブロック図である。第１センサＳ１及び第２センサＳ２は、図２に示すように振動検知部Ｓ１２，Ｓ２２を有しており、該振動検知部Ｓ１２，Ｓ２２は、ケーブル４を介してフィルタ・増幅器Ｓ１１，Ｓ２１が接続されており、該フィルタ・増幅器Ｓ１１，Ｓ２１は上記制御装置２内におさめられ、後述する制御装置２内のＡ／Ｄ変換部２２１，２３１と電気的に接続されている。尚、該振動検知部Ｓ１２，Ｓ２２間の間隔は上述したように上記所定の距離Ｌとなっている。
【００３２】
上記制御装置２には、図２に示すように上記主制御部２１が設けられており、上記振動検知部Ｓ１２，Ｓ２２で振動を検知し、フィルタ・増幅器Ｓ１１，Ｓ２１により目標とする周波数帯域の振動が抽出されて増幅され、その検知信号が上記制御装置２の上記Ａ／Ｄ変換部２２１，２３１に伝送される。また主制御部２１には、第１波形演算部２２、第２波形演算部２３、時間差検出部２４、速度演算部２５、圧縮強度演算部２６、記録部２７、表示出力部２８等が設けられている。更に、上記第１波形演算部２２及び上記第２波形演算部２３は、それぞれアナログデジタル変換部（以下、「Ａ／Ｄ変換部」と呼ぶ。）２２１，２３１、補間波形演算部２２２，２３２、最大勾配演算部２２３，２３３、波頭抽出部２２４，２３４により構成されている。
【００３３】
尚、図１において、ＰＳは上記コンクリート内を伝播する弾性波であり、５は上記コンクリートを打撃して上記弾性波ＰＳを発生させるハンマであり、Ｐ１は上記第１センサＳ１における振動検知点であり、Ｐ２は上記第２センサＳ２における振動検知点であり、Ｐ３は該振動検知点Ｐ１及び上記振動検知点Ｐ２を結んだ略延長線上に任意に選択されたハンマ５による打撃点である。
【００３４】
以上のように非破壊圧縮強度試験装置１は構成されており、該非破壊圧縮強度試験装置１を用いたコンクリートの非破壊圧縮強度試験は以下のように行われる。
【００３５】
まず、図１に示す通り、試験対象物たるコンクリート上の任意の場所に上記器具３を設置し、上記振動検知点Ｐ１及びＰ２を定める。そして、上述の通り該振動検知点Ｐ１とＰ２の略延長線上に打撃点Ｐ３を定めてハンマ５を配置する。
【００３６】
次に、該打撃点Ｐ３を上記ハンマ５にて一回叩き、試験対象物であるコンクリート内に弾性波ＰＳを発生させる。すると、まず該弾性波ＰＳは、上記振動検知点Ｐ１において、上記第１センサＳ１の振動検知部Ｓ１２により検知される。該検知された弾性波ＰＳは、上記フィルタ・増幅器Ｓ１１において、例えば、図３に示すアナログ信号である第１電圧波形３１のように増幅される。
【００３７】
続いて、上記ハンマ５にて発生させられた上記弾性波ＰＳは、上記振動検知点Ｐ２において、上記第２センサＳ２の振動検知部Ｓ２２により検知される。該検知された弾性波ＰＳは、上記フィルタ・増幅器Ｓ２１において、例えば、図３に示すアナログ信号である第２電圧波形３２のように増幅される。
【００３８】
尚、図３における上記第１電圧波形３１と上記第２電圧波形３２の立ち上がり点、即ち波頭Ｈ１，Ｈ２の位相差ＩＤは、上記打撃点Ｐ３から上記振動検知点Ｐ１までの距離と上記打撃点Ｐ３から上記振動検知点Ｐ２までの距離との差である上記所定の距離Ｌにより生じる、上記弾性波ＰＳの到達時間差ΔＴによるものである。
【００３９】
この場合、実構造物での測定を考慮すると、上記所定の距離Ｌは２０〜３０（ｃｍ）程度が望ましい。また、弾性波の振動数を４（ｋＨｚ）、該弾性波の速度を４０００（ｍ／ｓ）と仮定すると、波長は４０００（ｍ／ｓ）÷４（ｋＨｚ）＝１（ｍ）程度となり、上記所定の距離Ｌは該波長１（ｍ）の２〜３割程度となる。すると、上記ΔＴは、２０（ｃｍ）÷４０００（ｍ／ｓ）＝５０（μｓ）及び３０（ｃｍ）÷４０００（ｍ／ｓ）＝７５（μｓ）より、５０〜７５（μｓ）となる。従って、仮に測定誤差が２％程度とすると、上記ΔＴの測定誤差は、１〜１．５（μｓ）となり、上記弾性波の伝播速度の誤差は、４０００（ｍ／ｓ）×０．０２＝８０（ｍ／ｓ）となる。よって、上記所定の距離Ｌが２０〜３０（ｃｍ）であることを考慮すると、正確な上記到達時間差ΔＴの測定が必要である。
【００４０】
しかしながら、上述の通り、上記第１電圧波形３１及び上記第２電圧波形３２の立ち上り点は、外乱等のノイズに埋もれ、該立ち上り点を正確に抽出することは困難である。そこで、該第１電圧波形３１及び該第２電圧波形３２の各波頭Ｈ１，Ｈ２を合理的且つ正確に抽出するために、まず上記第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２をそれぞれＡ／Ｄ変換して所定のサンプリング時間による複数の離散データに変換する。そして、該複数の離散データから高次式による補間波形に戻した後、該補間波形の最大勾配を求め、該最大勾配に所定の比を掛けて算出した勾配値を該補間波形の波頭の勾配値とし、該波頭の勾配値が発生した時間を波頭の発生時間として抽出する。
【００４１】
まず、図１、図２、図３、図４、図５及び図７に基づき、上記第１センサＳ１及び第２センサＳ２から上記ケーブル４及び上記フィルタ・増幅器Ｓ１１，Ｓ２１を介して上記制御装置２に各入力された上記弾性波ＰＳの上記アナログ信号（第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２）の上記制御装置２内での処理について説明する。
【００４２】
ここで、図３は第１センサＳ１及び第２センサＳ２により各検知された上記弾性波ＳＰのアナログ信号である波形を示す時間−電圧グラフであり、図４は上記図３のアナログ信号である第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２の立ち上がり点、即ち波頭近傍（例えば、各電圧波形３１，３２の電圧振幅が０となる時点Ｚ１，Ｚ２から所定時間ＴＰだけ前の時点ＳＴ１，ＳＴ２）から第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２が極大値ＰＫ１，ＰＫ２を取るまでのエリアＡ１及びＡ２（このエリアＡ１，Ａ２の開始時点であるＳＴ１，ＳＴ２は、上述のように適宜設定して決定する他に、任意の方法で設定することができる。例えば、時点Ｚ１，Ｚ２より以前の勾配値が０となる点ＺＸなど）の信号を所定のサンプリング間隔でＡ／Ｄ変換した離散データをプロットした時間−電圧グラフであり、図５は上記図４の第１離散データＳＰ１及びＳＰ２から各求めた高次式に基づき、滑らかな補間波形として描いた時間−電圧グラフであり、図７はコンクリートの圧縮強度とコンクリートを伝播する弾性波速度の関係を示す弾性波速度−圧縮強度グラフである。
【００４３】
上記第１センサＳ１において検知され、上記上記フィルタ・増幅器Ｓ１１において増幅されたアナログ信号である弾性波ＰＳ（図１）の第１電圧波形３１（図３）について、第１波形演算部２２（図２）における処理を説明する。
【００４４】
上記上記フィルタ・増幅器Ｓ１１において増幅された上記アナログ信号である第１電圧波形３１（図３）は、上記制御装置２（図１）内の第１波形演算部２２（図２）のＡ／Ｄ変換部２２１（図２）で、所定のサンプリング時間ＳＴ（例えば、６．４μｓｅｃ）により第１離散データＳＰ１（図４）に変換されて上記補間波形演算部２２２（図２）に出力される。尚、上記サンプリング時間ＳＴは短ければ短いほどよいが、小型且つ安価な市販のパソコン等を用いる限りにおいては、例えば、０．０５（μｓｅｃ）程度のサンプリングでの処理は困難を伴う。従って、実用上、やや大きなサンプリング時間ＳＴを許容した形でのＡ／Ｄ変換が行われる。しかし、このままでは、第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２の各波頭Ｈ１，Ｈ２を正確に抽出することは、上記サンプリング時間ＳＴが長すぎて困難である。従って、上記問題点を克服しつつ、上記各波頭Ｈ１，Ｈ２を正確に抽出するために、以下の処理を行う。
【００４５】
上記補間波形演算部２２２は、上記Ａ／Ｄ変換部２２１から入力された上記第１離散データＳＰ１（図４）に基づき、図５に示す通り、第１離散データＳＰ１を構成する各サンプリング点ＳＰ１１，ＳＰ１２，ＳＰ１３，ＳＰ１４，ＳＰ１５を通過する滑らかな第１補間波形５０１（図５）である高次式を算出し、上記最大勾配演算部２２３（図２）に出力する。尚、該高次式は、最小２乗法により求められる。また、図４に示すように、第１離散データＳＰ１のサンプリング状況で、上記第１離散データＳＰ１を各直線で結んだのみの電圧波形では、既に述べたように、電圧波形の分解能が悪い。しかし、上記高次式を求めることにより、サンプリング時間ＳＴを過度に短くしなくても、電圧波形の分解能を高めることができる。
【００４６】
次に、波形の立ち上がり位置、即ち波頭Ｈ１，Ｈ２を求める方法としては、電圧波形の振幅により求める方法がある。この方法は既に述べたように、外乱等があり困難である。そこで、振幅の微分値である電圧波形の勾配に着目し、電圧波形が最初に極大値ＰＫ１，ＰＫ２を取るまでの領域Ａ１，Ａ２における最大勾配Φｍ１，Φｍ２を求め、電圧波形が該最大勾配Φｍ１，Φｍ２に対して所定の割合の勾配Φｈ１，Φｈ２をとる位置を、第１補間波形５０１及び後述する第２補間波形５０２の領域Ａ１，Ａ２について演算して求め、当該位置を、各電圧波形３１，３２の波頭Ｈ１，Ｈ２とする。
【００４７】
尚、図５は、電圧振幅と時間の関係を示すものであるが、第１補間波形５０１の時間Ｔｎにおける勾配Φｎは、Φｎ＝（Ｖｎ−Ｖｎ−１）／ｄｔで表され、ｄｔ＝Ｔｎ−Ｔｎ−１である。従って、該電圧波形の最大勾配Φｍ１は、Φｍ１＝（Ｖｍ１−Ｖｍ１−１）／ｄｔで表される。また、上記波頭の勾配Φｈ１は、Φｈ１＝（Ｖｈ１−Ｖｈ１−１）／ｄｔであり、且つ、ｄｔ＝Ｔｈ１−Ｔｈ１−１であることから、この時ｄｔを一定値とすると、上記最大勾配Φｍ１に対する上記波頭の勾配Φｈ１の比は、Φｈ１／Φｍ１＝（Ｖｈ１−Ｖｈ１−１）／（Ｖｍ１−Ｖｍ１−１）となる。つまり、該電圧波形の勾配Φｈ１の上記最大勾配値Φｍ１に対する比は、電圧振幅増分比となっている。従って、該最大勾配値Φｍ１に所定の比を掛けて上記波頭勾配値Φｈ１を算出することにより、電圧波形の増幅度や電圧振幅の大小が問題にならない。また、電圧振幅の差を取るので、該電圧波形のドリフトやゼロ点の影響は除外される。
【００４８】
こうした観点から、上記最大勾配演算部２２３（図２）は、上記補間波形演算部２２２（図２）から入力された上記第１補間波形５０１（図５）の高次式に基づき、該第１補間波形５０１の最大勾配値Φｍ１を算出して上記波頭抽出部２２４に出力する。該最大勾配値Φｍ１は、上記第１補間波形５０１の高次式をエリアＡ１を範囲として、時間で微分した値の最大値である。
【００４９】
そして、上記波頭抽出部２２４は、上記最大勾配演算部２２３（図２）から入力された上記最大勾配値Φｍ１に所定の比を掛けて波頭勾配値Φｈ１を算出する。更に、該波頭勾配値Φｈ１と図５における上記第１補間波形５０１を比較し、上記第１補間波形５０１の勾配値が上記波頭勾配値Φｈ１と等しくなるポイントを波頭Ｈ１（図５）として抽出する。そして、該波頭Ｈ１（図５）の発生した時間Ｔｈ１を上記時間差検出部２４（図２）へ出力する。ここで、上記所定の比は、実際には１／１５〜１／２０が適当な値である。
【００５０】
尚、上記第２センサＳ２において検知されたアナログ信号である弾性波ＰＳ（図１）の第２電圧波形３２（図３）は、上記第１センサＳ１において検知されたアナログ信号である弾性波ＰＳ（図１）の第１電圧波形３１（図３）と同様に、上記第２波形演算部２３において処理される。すなわち、上記制御装置２（図１）内の第２波形演算部２３（図２）のＡ／Ｄ変換部２３１（図２）で、所定のサンプリング時間ＳＴ（例えば、６．４μｓｅｃ）により第２離散データＳＰ２（図４）に変換され、上記補間波形演算部２３２（図２）において、該第２離散データＳＰ２に基づき、該第２離散データＳＰ２を構成する各サンプリング点ＳＰ２１，ＳＰ２２，ＳＰ２３，ＳＰ２４，ＳＰ２５，ＳＰ２６を通過する滑らかな第２補間波形５０２（図５）である高次式を算出し、上記最大勾配演算部２３３（図２）において、該高次式に基づき、第２補間波形５０２（図５）の最大勾配値Φｍ２を算出する。そして、上記波頭抽出部２３４において、該最大勾配値Φｍ２に所定の比を掛けて波頭勾配値Φｈ２を算出し、該波頭勾配値Φｈ２と図５における上記第２補間波形５０２を比較し、上記第２補間波形５０２の勾配値が上記波頭勾配値Φｈ２と等しくなるポイントを波頭Ｈ２（図５）として抽出し、該波頭Ｈ２（図５）の発生した時間をＴｈ２として上記時間差検出部２４（図２）に出力する。
【００５１】
続いて、上記制御装置２（図１）において、上述の通り第１波形演算部２２（図２）及び第２波形演算部２３（図２）よりそれぞれ抽出された上記波頭Ｈ１の発生した時間Ｔｈ１及び上記波頭Ｈ２の発生した時間Ｔｈ２に基づき、上記弾性波ＰＳの伝播速度を算出し、該伝播速度から導出するコンクリートの圧縮強度試験を行うためのシーケンスを説明する。
【００５２】
図７に示すようにコンクリート圧縮強度Ｆと弾性波速度ｖの実験統計式Ｆ＝ｆ（ｖ）は予め実験に基づいて統計的に求められており、該圧縮強度Ｆは、実験統計式Ｆ＝ｆ（ｖ）により求まる。従って、上述の通り求めた上記第１補間波形５０１及び上記第２補間波形５０２の各波頭Ｈ１，Ｈ２の発生した時間Ｔｈ１，Ｔｈ２の時間差である上記ΔＴと、上記所定の距離Ｌとから、上記伝播速度Ｖを求め、該伝播速度Ｖを上記実験統計式Ｆ＝ｆ（ｖ）に代入して試験対象物の上記圧縮強度Ｆを算出することができる。
【００５３】
まず、上記時間差検出部２４（図２）は、上記第１波形演算部２２の波頭抽出部２２４及び上記第２波形演算部２３の波頭抽出部２３４から各入力された上記Ｔｈ１及び上記Ｔｈ２に基づき、上記弾性波ＰＳがコンクリート内を伝播して上記第１センサＳ１の振動検知部Ｓ１２と上記第２センサＳ２の振動検知部Ｓ２２に各到達した時間差であるΔＴを算出し、上記速度演算部２５（図２）に出力する。該ΔＴは、具体的には、ΔＴ＝Ｔｈ２−Ｔｈ１である。
【００５４】
上記速度演算部２５は、上記時間差演算部２４から入力された上記ΔＴと上記所定の距離Ｌ（図１）に基づき、コンクリート内を伝播する上記弾性波ＰＳ（図１）の伝播速度Ｖを算出し、上記圧縮強度演算部２６（図２）に出力する。該伝播速度Ｖは、具体的には、Ｖ＝Ｌ／ΔＴにより算出される。尚、実構造物での試験を対象とすると、測定距離である上記所定の距離Ｌは、上述の通り、２０〜３０ｃｍが望ましい。
【００５５】
上記圧縮強度演算部２６は、上記速度演算部２５から入力された上記伝播速度Ｖと、図７に示すように実験により統計的に既知となっているコンクリートの圧縮強度とコンクリートを伝播する弾性波速度の関係とに基づいて、上記試験対象物であるコンクリートの圧縮強度Ｆを算出して上記記録部２７に出力する。上述の通り、該圧縮強度Ｆは、実験統計式Ｆ＝ｆ（ｖ）に上記伝播速度Ｖを代入して算出する。
【００５６】
上記記録部２７は、上記圧縮強度演算部２６から入力された上記圧縮強度Ｆを記録すると共に、上記表示出力部２８（図２）に該圧縮強度Ｆをデータとして出力する。
【００５７】
そして、上記表示出力部２８（図２）は、上記記録部２７から入力されたデータである上記圧縮強度Ｆを、例えば、ディスプレイ等の表示器に出力して、該データを視覚的に認識可能なものとする。
【００５８】
上述の通り、本実施例においては、試験対象物を伝播する弾性波のアナログ信号である電圧波形を、該電圧波形の波頭近傍を範囲として、Ａ／Ｄ変換によりデジタルデータである複数の離散データに変換した後、該複数の離散データに基づき、高次式を算出し、係る高次式の最大勾配値を算出し、該最大勾配値に所定の比を掛けて算出した勾配値を上記波頭の勾配値として該波頭を抽出している。しかし、上記複数の離散データから上記高次式を算出する理由は、上述の通り、実用として使用されるパソコン等では、上記Ａ／Ｄ変換部２２１並びに２３１の演算速度が遅く、高速な演算をするためにはデータ処理能力が不足しているためである。従って、上記Ａ／Ｄ変換部２２１並びに２３１の演算速度が高速でデータ処理能力が充分に高く、例えば、Ａ／Ｄ変換におけるサンプリング時間が、０．０５μｓｅｃ程度で可能ならば、上述のように、上記高次式を算出することなく、上記弾性波のアナログ信号である電圧波形を該電圧波形の波頭近傍を範囲としてＡ／Ｄ変換したデジタルデータである複数の離散データから、時間軸上で各隣合った該複数の離散データのそれぞれの勾配値を算出し、該算出したそれぞれの勾配値の中から最大勾配値を選択し、該最大勾配値に所定の比を掛けて波頭の勾配として上記波頭を抽出しても、合理的且つ精度高く波頭を抽出することが可能である。従って、上記Ａ／Ｄ変換部２２１並びに２３１の演算速度が高速で充分に演算能力が高いものであれば、上述のように上記高次式を算出することなく上記試験対象物を伝播する弾性波の速度を算出することが可能である。
【００５９】
また、本実施例においては、上記第１センサＳ１の振動検知部Ｓ１２並びに上記第２センサＳ２の振動検知部Ｓ２２において、上記ハンマ５にて上記試験対象物内に発生させた弾性波ＰＳをそれぞれ検知し、各振動検知部Ｓ１２，Ｓ２２においてそれぞれ検知した弾性波ＰＳの波頭の発生時間Ｔｈ１，Ｔｈ２に基づいて、上記時間差ΔＴを算出している。しかし、例えば、上記第１センサＳ１が、振動発生手段を含むものであり、該第１センサＳ１に含まれる振動発生手段により発生させた振動を、上記第１センサＳ１の振動検知部Ｓ２２が、上記試験対象物内を伝播する弾性波を検知するのではなく、直接上記第１センサＳ１内を伝播する振動を検知するか、或いは、上記第１センサＳ１に含まれる振動発生手段により振動を発生させた時間を記録するなどして、該検知した振動の波頭の発生時間、或いは、上記記録した時間を、上記Ｔｈ１としてもよい。すなわち、該Ｔｈ１と、上記第１センサＳ１に含まれる振動発生手段により上記試験対象物内に発生させた弾性波を上記第２センサの振動検知部Ｓ２２により検知して算出した上記Ｔｈ２と、に基づいて、上記ΔＴを算出することができる。
【００６０】
以上のように本実施形態では、上記弾性波の波頭近傍のアナログ信号をデジタルデータである離散データに変換し、該離散データから上述の通り合理的に上記波頭を抽出することから、比較的短い測定距離で容易に精度の高いコンクリート内における弾性波の伝播速度を測定することができ、該伝播速度から導出するコンクリートの圧縮強度を容易に精度よく試験することが可能である。また、コンクリートの表面状態や場所を選ばないので、実構造物の様々な部位で簡易にコンクリートの非破壊圧縮強度試験が可能であり、更に、管理上の煩雑さ、対応性の問題が無く、部材欠損による構造物への損傷を与えることも無く、容易に信頼性と精度の高いコンクリートの非破壊圧縮強度試験を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る非破壊圧縮強度試験の様子を模擬した断面図。
【図２】  図１における制御装置２及び器具３の制御構成を示すブロック図。
【図３】  図１における第１センサＳ１及び第２センサＳ２により各検知された上記弾性波ＳＰのアナログ信号である波形を示す時間−電圧グラフ。
【図４】  図３のアナログ信号である第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２の立ち上がり点から第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２が極大値ＰＫ１，ＰＫ２を取るまでのエリアＡ１及びＡ２の信号を所定のサンプリング間隔でＡ／Ｄ変換した離散データをプロットした時間−電圧グラフ。
【図５】  図４の第１離散データＳＰ１及びＳＰ２から各求めた高次式に基づき、滑らかな補間波形として描いた時間−電圧グラフ。
【図６】  弾性波の立ち上がり近傍に電圧波形を示す時間−電圧グラフ。
【図７】  コンクリートの圧縮強度とコンクリートを伝播する弾性波速度の関係を示す弾性波速度−圧縮強度グラフ。
【符号の説明】
１  非破壊圧縮強度試験装置
５  ハンマ（振動発生手段）
２４  時間差検出部（時間差検出手段）
２５  速度演算部（速度演算手段）
２６  圧縮強度演算部（圧縮強度演算手段）
３１  第１電圧波形
３２  第２電圧波形
２２１  第１電圧波形に対するＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ変換手段）
２２２  第１電圧波形に対する補間波形演算部（補間波形演算手段）
２２３  第１補間波形に対する最大勾配演算部（最大勾配演算手段）
２２４  第１補間波形に対する波頭抽出部（波頭抽出手段）
２３１  第２電圧波形に対するＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ変換手段）
２３２  第２電圧波形に対する補間波形演算部（補間波形演算手段）
２３３  第２補間波形に対する最大勾配演算部（最大勾配演算手段）
２３４  第２補間波形に対する波頭抽出部（波頭抽出手段）
５０１  第１補間波形
５０２  第２補間波形
Ａ１  第１電圧波形における所定の立ち上がり領域
Ａ２  第２電圧波形における所定の立ち上がり領域
Ｆ  コンクリートの圧縮強度
Ｈ１  第１電圧波形又は第１補間波形における波頭
Ｈ２  第２電圧波形又は第２補間波形における波頭
Ｌ  第１及び第２センサ間の所定の距離
ＰＫ１  第１電圧波形の波頭後最初の極大値
ＰＫ２  第２電圧波形の波頭後最初の極大値
ＰＳ  弾性波
ＳＰ１  第１離散データ
ＳＰ１１〜ＳＰ１５  第１離散データを構成するサンプリング点
ＳＰ２  第２離散データ
ＳＰ２１〜ＳＰ２６  第２離散データを構成するサンプリング点
ＳＴ  所定のサンプリング間隔
ＳＴ１  第１電圧波形における所定の立ち上がり領域の始まりの時点
ＳＴ２  第２電圧波形における所定の立ち上がり領域の始まりの時点
Ｔｈ１    第１電圧波形又は第１補間波形における波頭が発生した時間
Ｔｈ２    第２電圧波形又は第２補間波形における波頭が発生した時間
ＴＰ  所定時間
Ｖ  弾性波の伝播速度
ΔＴ  弾性波が第１及び第２センサにより検知された時間差
Φｈ１  第１電圧波形又は第１補間波形における波頭勾配値
Φｈ２  第２電圧波形又は第２補間波形における波頭勾配値
Φｍ１  第１電圧波形又は第１補間波形における最大勾配
Φｍ２  第２電圧波形又は第２補間波形における最大勾配
【図１】
0003895573.tif 000002
【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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