(57)【要約】【課題】周囲の雑音の影響が少なく、かつ検査対象物の表面に近いところだけでなく深いところの欠陥も検出することができる振動検査装置を提供する。【解決手段】アンテナ部２は、ミリ波信号を受けて検査対象物８ｂに向けてミリ波電波を放射し、かつ前記検査対象物からの反射波を受信して、受信信号を出力する。ミリ波計測回路１は、ミリ波信号をアンテナ部２に出力するとともに、アンテナ部２から出力される受信信号を送信のミリ波信号に基づいて直交位相検波する。振動解析部５は、直交検波された信号に基づいて、検査対象物８ｂの変位量を求める。【選択図】図１
2017161452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミリ波信号を受けて検査対象物に向けてミリ波電波を放射し、かつ前記検査対象物からの反射波を受信して、受信信号を出力するアンテナ部と、
前記ミリ波信号を前記アンテナ部に出力するとともに、前記アンテナ部から出力される受信信号を前記ミリ波信号に基づいて直交位相検波するミリ波計測回路と、
前記直交検波された信号に基づいて、前記検査対象物の変位量を求める振動解析部とを備えた振動検査装置。
【請求項２】
前記アンテナ部は、
前記ミリ波信号を受けて、前記ミリ波電波を放射する送信アンテナと、
前記反射波を受信して、前記受信信号を出力する受信アンテナとを有し、
前記ミリ波計測回路は、
前記ミリ波信号を出力するミリ波発振器と、
前記ミリ波信号を第１信号と第２信号に分配して、前記第１信号を前記送信アンテナへ出力するカプラと、
前記受信信号と前記第２信号とをミキシングすることによって、Ｉ信号およびＱ信号を出力する直交位相検波器と、
前記Ｉ信号を増幅する第１の増幅器と、
前記Ｑ信号を増幅する第２の増幅器とを含む、請求項１記載の振動検査装置。
【請求項３】
前記振動検査装置は、さらに、
前記Ｉ信号および前記Ｑ信号をデジタル信号に変換して、前記振動解析部へ出力するＡ／Ｄ変換器を有する、請求項２記載の振動検査装置。
【請求項４】
前記振動解析部は、前記Ｉ信号の大きさと前記Ｑ信号の大きさに基づいて、前記受信信号の位相の変化を求め、前記受信信号の位相の変化に基づいて、前記検査対象物の変位を求める、請求項３記載の振動検査装置。
【請求項５】
前記振動解析部は、式（Ａ１）に従って、前記受信信号の位相の変化Δθに基づいて、前記検査対象物の変位Δｒを算出する、
Δｒ＝Δθ×λ／（４π）…（Ａ１）
ただし、λは、ミリ波の波長である、請求項４記載の振動検査装置。
【請求項６】
前記検査対象物は、コンクリート壁である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンクリート構造物などの欠陥を診断するために、コンクリート構造物の表面を打撃し、この時に発生した音波をマイクロホン等で受信し、音波を解析する手法が用いられている（たとえば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図３は、従来のコンクリート打音検査装置の例を表わす図である。このコンクリート装置は、コンクリート壁８ｂをハンマー３で叩いて、その打音をマイクロフォン１６で検出する。マイクロフォン１６から出力される振動波形信号７をＡ／Ｄ変換器４でデジタル信号に変換して、振動解析部５によってコンクリート壁８ｂ内が正常か、あるいは欠陥９があるかどうかを判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−１４７８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図３に示すような従来の装置では、検出する打音の周波数領域は、高い周波数帯域である可聴周波数領域（３０Ｈｚ〜１５ｋＨｚ）である。そのため、コンクリート壁８ｂの表面に近いところの欠陥９しか探知できないという問題がある。さらに、可聴周波数領域は周囲の騒音が混入しやすいという問題がある。
【０００６】
それゆえに、本発明の目的は、周囲の雑音の影響が少なく、かつ検査対象物の表面に近いところだけでなく深いところの欠陥も検出することができる振動検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の振動検査装置は、ミリ波信号を受けて検査対象物に向けてミリ波電波を放射し、かつ検査対象物からの反射波を受信して、受信信号を出力するアンテナ部と、ミリ波信号をアンテナ部に出力するとともに、アンテナ部から出力される受信信号を送信のミリ波信号に基づいて直交位相検波するミリ波計測回路と、直交検波された信号に基づいて、検査対象物の変位量を求める振動解析部とを備える。
【０００８】
好ましくは、アンテナ部は、ミリ波信号を受けて、ミリ波電波を放射する送信アンテナと、反射波を受信して、受信信号を出力する受信アンテナとを有する。ミリ波計測回路は、ミリ波信号を出力するミリ波発振器と、ミリ波信号を第１信号と第２信号に分配して、第１信号を送信アンテナへ出力するカプラと、受信信号と第２信号とをミキシングすることによって、Ｉ信号およびＱ信号を出力する直交位相検波器と、Ｉ信号を増幅する第１の増幅器と、Ｑ信号を増幅する第２の増幅器とを含む。
【０００９】
好ましくは、振動検査装置は、さらに、Ｉ信号およびＱ信号をデジタル信号に変換して、振動解析部へ出力するＡ／Ｄ変換器を有する。
【００１０】
好ましくは、振動解析部は、Ｉ信号の大きさとＱ信号の大きさに基づいて、受信信号の位相の変化を求め、受信信号の位相の変化に基づいて、検査対象物の変位を求める。
【００１１】
好ましくは、振動解析部は、式（Ａ１）に従って、受信信号の位相の変化Δθに基づいて、検査対象物の変位Δｒを算出する。ただし、λは、ミリ波の波長である。
【００１２】
Δｒ＝Δθ×λ／（４π）…（Ａ１）
好ましくは、検査対象物は、コンクリート壁である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ミリ波信号を用いるので、周囲の雑音の影響が少なく、かつ検査対象物の表面に近いところだけでなく深いところの欠陥も検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態の振動検査装置の構成を表わす図である。
【図２】アンテナ部２の構成と、ミリ波計測回路１の構成を表わす図である。
【図３】従来のコンクリート打音検査装置の例を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は、実施の形態の振動検査装置の構成を表わす図である。
【００１６】
この振動検査装置は、ハンマー３と、ミリ波計測回路１と、アンテナ部２と、Ａ／Ｄ変換器４と、振動解析部５とを備える。
【００１７】
ハンマー３は、コンクリート壁８ｂに振動を与える。ハンマー３の打撃検出器５０は、ハンマー３がコンクリート壁８ｂに接触した瞬間に、打撃トリガ信号６をＡ／Ｄ変換器４に出力する。
【００１８】
ミリ波計測回路１は、アンテナ部２から出力され、コンクリート壁８ｂの反射波に基づく受信信号を受けて、超低周波数領域（３０Hz以下）の振動波形信号７を出力する。
【００１９】
アンテナ部２は、ミリ波計測回路１から出力されるミリ波信号を受けて、ミリ波電波をコンクリート壁８ｂへ向けて放射する。また、アンテナ部２は、ハンマー３でコンクリート壁８ｂに振動を与えたときのコンクリート壁８ｂの反射波を受信して、受信信号をミリ波計測回路１へ出力する。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器４は、打撃トリガ信号６を受信した以降において、ミリ波計測回路１から出力される振動波形信号７をデジタル信号に変換する。
【００２１】
振動解析部５は、デジタル化された振動波形を表示するとともに、振動波形を解析することによって、コンクリート壁８ｂ内の欠陥９の有無を検出する。
【００２２】
図２は、アンテナ部２の構成と、ミリ波計測回路１の構成を表わす図である。
アンテナ部２は、送信アンテナ２ａと、受信アンテナ２ｂとを備える。
【００２３】
ミリ波計測回路１は、ミリ波発振器１０と、カプラ１１と、Ｉ／Ｑ検波器１２と、増幅器１３ａと、増幅器１３ｂとを備える。
【００２４】
ミリ波発振器１０は、ミリ波信号を出力する。
カプラ１１は、ミリ波発振器１０から出力されたミリ波信号を送信信号ｅｔと、ローカル信号ｅｌとに分配する。
【００２５】
送信信号ｅｔと、ローカル信号ｅｌは、それぞれ式（１）、（２）で表される。
ｅｔ＝ｃｏｓω0ｔ…（１）
ｅｌ＝ｃｏｓω0ｔ…（２）
ただし、位相のみに関心があるので以下の記述では振幅項は１とする。ここで、ω0＝２πｆ0、ｆ0はミリ波周波数、ｔは時間である。
【００２６】
送信アンテナ２ａは、ミリ波の送信信号ｅｔを受けて、ミリ波電波をコンクリート壁に向けて放射する。
【００２７】
受信アンテナ２ｂは、コンクリート壁８ｂからの反射波を受信し、受信信号ｅｒを出力する。
【００２８】
受信信号ｅｒは、送信信号ｅｔよりも時間τだけ遅れる。したがって、受信信号ｅｒは、式（３）で表される。
【００２９】
ｅｒ＝ｃｏｓω0（ｔ−τ）…（３）
Ｉ／Ｑ検波器１２は、受信アンテナ２ｂから出力される受信信号ｅｒと、ローカル信号ｅｌとをミキシングすることによって、ローカル信号ｅｌの位相と同相成分のＩ信号１４と、ローカル信号ｅｌの位相を９０度遅らせたＱ信号１５とを出力する。
【００３０】
式（４）で表される信号ｅｌ＊を用いると、Ｉ信号１４、Ｑ信号１５は式（５）、（６）で表される。
【００３１】
ｅｌ＊＝ｓｉｎω0ｔ … （４）
Ｉ＝ＬＰＦ［ｅｒ×ｅｌ］＝ｃｏｓω0τ…（５）
Ｑ＝ＬＰＦ［ｅｒ×ｅｌ＊｝＝ｓｉｎω0τ…（６）
ただし、ＬＰＦ［Ｘ｝は、Ｘを低域濾波器に通すことを表す。
【００３２】
ここで、ミリ波の波長λと、コンクリート壁８ｂと受信アンテナ２ｂとの距離ｒと、ω0τとの間に以下の関係が成り立つ。
【００３３】
ω0τ＝４πｒ／λ  …    (７）
式（８）で表されるβを用いると、Ｉ信号１４、Ｑ信号１５は、式（９）、（１０）で表される。
【００３４】
β＝２π／λ…(８）
Ｉ＝ｃｏｓ２βｒ…（９）
Ｑ＝ｓｉｎ２βｒ…（１０）
Ｉ信号１４とＱ信号１５が、図１の振動波形信号７を構成する。
【００３５】
増幅器１３ａは、Ｉ信号１４を増幅して、Ａ／Ｄ変換器４へ出力する。
増幅器１３ｂは、Ｑ信号１５を増幅して、Ａ／Ｄ変換器４へ出力する。
【００３６】
Ａ／Ｄ変換器４は、増幅されたＩ信号およびＱ信号をデジタル信号に変換する。
式（９）および（１０）から、受信信号ｅｒの位相θは、以下の関係を有する。
【００３７】
θ＝ｔａｎ-1［Ｑ／Ｉ］＝２βｒ…（１１）
したがって、コンクリート壁８ｂがハンマー３による打撃の振動によりΔｒだけ変位したとき、受信信号ｅｒの位相の変化Δθは、以下の式で表される。
【００３８】
Δθ＝２βΔｒ＝４πΔｒ／λ…（１２）
振動解析部５は、式（１３）に従って、受信信号ｅｒの位相の変化θに基づいて、コンクリート壁８ｂの変位Δｒを算出する。
【００３９】
Δｒ＝Δθ×λ／（４π）…（１３）
たとえば、ハンマー３による打撃の振動によるコンクリート壁８ｂの微小振動Δｒが波長λの１/５０００のとき、位相の変化はΔθ＝４π/５０００すなわち０．１４４°になる。この程度の位相量は、一般的な位相検出装置において検出することができる。この位相の変化Δθを振動による変位量Δｒに換算すると、ｆo＝７６．５ＧＨｚのとき、λ＝３．９２ｍｍであるから、変位量Δｒ＝０．７８４μｍとなる。
【００４０】
以上のような本実施の形態の振動検査装置は、以下のような効果を有する。
（１）図１に示すように、コンクリート壁８ｂをハンマーで叩いたときの打音のうち、人の耳では聞こえない超低周波領域（３０Ｈｚ以下）の振動をミリ波計測回路１で計測し、解析するので、図３に示す従来のマイクロフォン１６を用いたコンクリート打音検査装置では検出できなかったようなコンクリート壁８ｂの表面から深いところの欠陥９も検出できる。
【００４１】
（２）超低周波領域（３０Ｈｚ以下）の振動検出においては可聴周波数領域の騒音が混入しないので、高い検出精度を得ることができる。
【００４２】
（３）コンクリート内の振動の伝搬は周波数が低い方がより伝わりやすいという性質があるので、従来のマイクロフォン１６による可聴周波数領域の検出よりも、本実施の形態の超低周波領域（３０Ｈｚ以下）の振動をミリ波計測回路１で検出する方が、検出精度が高くなる。
【００４３】
以上のような本実施の形態の振動検査装置は、以下のような場面で利用することができる。
【００４４】
（Ａ）本実施の形態によれば、トンネル内の外壁を構成するコンクリート壁８ｂ内の欠陥９の存在を検出できるので、トンネルのメンテナンスの手段として利用することができる。
【００４５】
（Ｂ）例えば鉄パイプの検査などのように、コンクリート以外の検査において、ハンマー３で打撃を与えたときの振動計測によって、鉄パイプの亀裂の存在を検出できるので、鉄パイプの品質管理に利用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  ミリ波計測回路、２  アンテナ部、２ａ  送信アンテナ、２ｂ  受信アンテナ、３  ハンマー、４  Ａ／Ｄ変換器、５  振動波形解析装置、６  打撃トリガー、７  振動波形信号、８ａ  コンクリート構造物、８ｂ  コンクリート壁、９  欠陥、１０  ミリ波発振器、１１  カプラ、１２  Ｉ／Ｑ検波器、１３ａ，１３ｂ  増幅器、１４  Ｉ信号、１５  Ｑ信号、１６  マイクロフォン、５０  打撃検出器。
【図１】
2017161452.tif 000003
【図２】
2017161452.tif 000004
【図３】
2017161452.tif 000005