(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象のコンクリート壁面を打撃することと、
この打撃されたコンクリート壁面が発する振動の波形を受信して所定周期でサンプリングすることと、
このサンプリングによって生成されたＮ個の振幅のサンプル値Ｓn （ｎ＝1,2,3 ・・・ Ｎ  ）の分散
Ｄ＝〔 NΣn=1 〔（Ｓn −ＳM ）2 〕〕／（Ｎ−１）
ただし、ＳM はＮ個の振幅のサンプル値Ｓn の平均値であり、記号 NΣn=1 （  ）は、（  ）内の変数Ｓn についてnを１ずつ増加させながら１からＮまで総和をとることを意  味する、
を算定することと、
この算定された分散の大小に基づいて、前記検査対象のコンクリート壁面の内部状態  を評価すること
とを含むことを特徴とするコンクリート壁面内部の振動検査方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記評価の対象となる分散は、既知の内部状態のコンクリート壁面について算定された値によって除算されることを特徴とするコンクリート壁面内部の振動検査方法。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかにおいて、
前記内部状態の評価は、良否の判定によって行われることを特徴とするコンクリート壁面内部の振動検査方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記除算された値の大小に応じて、良否の程度が表示されることを特徴とするコンクリート壁面内部の振動検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンクリート壁面の内部診断に利用されるコンクリート壁面内部の振動検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンクリート構造物の劣化が問題になっており、その内部の診断が必要とされている。従来、コンクリート壁面内部の診断方法として、音響振動を利用する方法が種々提案されてきた。例えば、特許文献１には、エアーシリンダーを使用したハンマでコンクリート製品を軽打して、この時に発生する音波の音圧レベルを騒音計で検出し、その打音のピーク値の差によって良否を判定する方法が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、手動ハンマーによる打撃音をマイクロホンで集音し、この振動をウェーブレット変換し、音響分析してコンクリート構造物の内部の空洞の有無を検査する方法が開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献３には、超音波を入射し、伝播する超音波をこの構造物の表面に接触させた加速度計を用いて受信し、この受信した超音波の周波数スペクトルを分析することによってコンクリート構造物内部に発生した空洞の有無を検査する方法が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献４には、固体壁面を打撃することによって固体内部に発生させた振動を受信し、この受信した振動を線型予測法によって分析し、共振周波数と共振のＱ値に基づいて振動特性を検査し、良否を判定するという方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２００９７号公報
【特許文献２】
特許第２６１０３７８号
【特許文献３】
特開２０００−２６９２号公報
【特許文献４】
特開２００２−２０２２９３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記受信した音波の音圧レベルに基づき良否を判定する方法では、コンクリート製品を打撃する強さや受信感度を一定に保つ必要があり、誤検出を生じやすいという問題がある。また、受信した振動をウェーブレット変換したり、周波数スペクトルを分析する方法では、変換や分析に時間がかかるとともに、分析装置が高価になるという問題がある。打撃によって発生した振動を線型予測法によって分析し、共振周波数と共振のＱ値に基づいて振動特性を検査し、良否を判定するという方法にも同様の問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明にかかわるコンクリート壁面内部の振動検査方法は、
検査対象のコンクリート壁面を打撃することと、
この打撃されたコンクリート壁面が発する振動の波形を受信して所定周期でサンプリングすることと、
このサンプリングによって生成されたＮ個の振幅のサンプル値Ｓn （ｎ＝1,2,3 ・・・Ｎ  ）の分散
Ｄ＝〔 NΣn=1 〔（Ｓn −ＳM ）2 〕〕／（Ｎ−１）
ただし、ＳM はＮ個の振幅のサンプル値Ｓn の平均値であり、記号 NΣn=1 （  ）は、（  ）内の変数Ｓn についてnを１ずつ増加させながら１からＮまで総和をとることを意味する、を算定することと、
この算定された分散の大小に基づいて、前記検査対象のコンクリート壁面の内部状態を評価することを含むように構成されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一つの好適な実施の形態によれば、評価の対象となる分散が既知の内部状態のコンクリート壁面について算定された値によって除算されることにより評価が行われるように構成されている。
【００１０】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、内部状態の評価が良否の判定によって行われるように構成されている。
【００１１】
本発明のさらに他の好適な実施の形態によれば、除算された値の大きさに応じて、良否の程度が表示されるように構成されている。
【００１２】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例にかかわるコンクリート壁面内部の振動検査方法を実施するための検出装置の構成を示すブロック図である。この検出装置は、制御部１、励振部２、受信素子３、信号処理部４、信号分析部５、診断出力部６とを備えている。
【００１３】
励振部２は、制御部１から供給されるタイミング信号を受けると、検査対象のコンクリート壁面を打撃する。この打撃の手段は、適宜なものを使用できるが、コンクリート壁面を２回以上打撃したり、壁面に接触する時間が長引いて発生する振動の負荷になったりしないような工夫がなされているものが好ましい。例えば、前述の特許文献４（特開２００２−２０２２９３号公報）に開示されているようなものを使用できる。
【００１４】
励振部２による打撃によって壁面の内部に発生した振動は、受信素子３に受信される。この受信素子３としては、壁面に固定した圧電素子や、壁面から離して設置した広帯域のマイクロホンなど適宜なものを利用できる。受信素子が受信した振動は、信号処理部４に供給され、制御部１から供給されるタイミングパルスに同期して増幅され、濾波されて後段の信号分析部５に供給される。
【００１５】
信号分析部５は、前段の信号処理部４から供給された処理済みのアナログ信号をサンプリングしながらディジタル信号に変換し、内蔵のデータメモリに保存する。この信号分析部５内の演算部は、メモリに保存されたサンプリング信号を読み出して、分散を算定し、これを診断出力部６に転送する。診断出力部６は、受け取った分散の値と、外部から設定されている判定の条件とに基づいて、検査対象のコンクリート壁面の良否を判定し、この判定結果を画面表示などによって出力する。設定される判定の条件は、検査対象に応じて変更される。
【００１６】
信号分析部５は、まず、１回の打撃によって得られる振動波形のサンプル値からＮ個のサンプル値Ｓn （ｎ＝1,2,3 ・・・Ｎ）を抽出する。次に、信号分析部５は、この抽出したＮ個のサンプル値の平均値ＳM を算定する。続いて、信号分析部５は、この算定したサンプル値の平均値ＳM と、Ｎ個のサンプル値Ｓn とから次式に従って、分散Ｄを算定する。
Ｄ＝〔 NΣn=1 〔（Ｓn −ＳM ）2 〕〕／（Ｎ−１）        ・・・（１）
ただし、（１）式中の記号 NΣn=1 〔  〕は、〔  〕内の変数についてｎを１ずつ増加させながら１からＮまで総和をとることを意味する。
【００１７】
図２の（Ａ）は、コンクリートの下地の表面に縦横50mm×50mm、厚み５mmの正方形のタイルを貼った構造の良好な壁面の同一箇所を同一の強さで打撃し、同一の感度で受信された振動の時間波形である。横軸はサンプリング点、縦軸はサンプル値である。図２の（Ｂ）は、上記のような受信波形から抽出された400 個のサンプル値について算定した分散Ｄを、打撃回数ごとにプロットした実験データである。横軸は、860 回までの打撃回数、縦軸は分散Ｄである。なお、サンプリング周波数は30kHz であり、打撃の周期は250msec である。900 回にわたる打撃の間、分散の値はほぼ0.05以下と小さな値を保っている。なお、サンプリング周波数、打撃の周期など実験の条件は、以下の実験データにおいてもすべて同一である。
【００１８】
図３の（Ａ）は、図２で説明した構造の壁面においてタイルの剥離のおそれのある不良箇所を図２の場合と同一の強さで打撃し、図２の場合と同一の感度で受信された振動の時間波形である。横軸はサンプリング点、縦軸はサンプル値である。図２の（Ａ）に示した良好な壁面に比べて大きな振幅の変化が生じている。図３の（Ｂ）は、（Ａ）に例示したような受信波形から抽出された400 個のサンプル値について算定した分散Ｄを、打撃回数ごとにプロットした実験データである。横軸は、860 回までの打撃回数、縦軸は分散Ｄである。0.3 〜0.4 程度の大きな値となっている。
【００１９】
図４の（Ａ）は、コンクリートの下地の表面に厚み10mmのモルタル層を形成した構造の良好な壁面の同一箇所を同一の強さで打撃し、受信された振動の時間波形である。横軸はサンプリング点、縦軸はサンプル値である。図４の（Ｂ）は、上記のような受信波形から抽出された400 個のサンプル値について算定した分散Ｄを、打撃回数ごとにプロットした実験データである。横軸は、860 回までの打撃回数、縦軸は分散Ｄである。900 回にわたる打撃の間、分散の値はほぼ0.1 から0.2 までの小さな値を保っている。なお、510 回目の打撃以降分散が低下しているのは、受信感度を低下させたためである。
【００２０】
図５の（Ａ）は、図４で説明した構造の壁面においてモルタル層の剥離のおそれのある不良部分の同一箇所を図４の実験の場合と同一の強さで打撃し、図４の場合と同一の感度のもとで受信された振動の時間波形である。横軸はサンプリング点、縦軸はサンプル値である。図４の（Ａ）に示した良好な壁面に比べて大きな振幅の変化が生じている。図５の（Ｂ）は、同図（Ａ）に例示したような受信波形から抽出された400 個のサンプル値について算定した分散Ｄを、打撃回数ごとにプロットした実験データである。横軸は、860 回までの打撃回数、縦軸は分散Ｄである。510 回目の打撃以降の分散の値が約1.1 から約0.5 に低下したのは、図３の場合に対応させて受信感度を低下させたためである。図４（Ｂ）の値に比べると明らかに大きな値となっている。
【００２１】
上記データを参照すると、タイルやモルタルの剥離のおそれのある壁面では、受信された振動が正常な壁面の場合に比べて、振幅が正負にわたって増大している。このような振動波形の差異を熟練した作業員の聴覚で判定したり、あるいはブラウン管で目視したりすることもできる。しかしながら、それには作業者の熟練や、目視の客観性を確保することが必要になる。本発明は、振動波形の振幅の増大が分散Ｄと密接な関係を有することに着目し、振動波形の分散Ｄを算定することにより、正常な壁面と剥離などが生じた異常な壁面とを数値の大小に基づいて定量的・客観的な判定を行うようにしたものである。
【００２２】
診断出力部６が行う検査対象の壁面の良否の判定の一例は、信号分析部５が算定した分散の値を設定済みの所定の閾値と比較し、この分散が閾値未満であれば正常と判定し、この分散が閾値以上であれば異常と判定するものである。他の一例は、高低二つの閾値を設定し、算定した分散が低い方の閾値未満であれば正常、二つの閾値の中間であれば要注意や再検査、高い方の閾値以上であれば異常と判定するものである。
【００２３】
分散による良否判定方法の他の一例は、検査対象の壁面について得られた分散Ｄを、予め算定済みの正常な壁面の分散Ｄo で除算することにより、規格化された分散を正常度Ｒ＝Ｄ／Ｄo として算定し、この正常度Ｒの大きさに応じて判定を行うものである。この正常な壁面の分散Ｄo は、正常な壁面を打撃して得られる複数個の分散の平均値などを使用できる。一例として、Ｒが３以上の場合は剥離のおそれが大、Ｒが３未満1.5 以上の場合は剥離のおそれが中、Ｒが1.5 未満の場合は剥離の可能性小とするものである。
【００２４】
図２乃至図５の実験では、打撃回数を860 回とした。しかしながら、実際の壁面の検査を行う場合, 特に、検査対象の壁面に沿って検査対象箇所をずらしながら打撃を継続していく場合などには、一つの検査対象箇所あたりの打撃回数は、必要とされる検査結果の信頼性に応じて、数十回、あるいは数回ていどに制限することもできる。
【００２５】
図６は、図１の診断出力部６が行う診断出力処理の一例の処理手順を示すフローチャートである。診断出力部６は、最初のステップＳ１で、剥離のない正常な壁面について算定済みの分散Ｄo と、剥離のおそれの判定の基準として用いる二つの閾値Ｒa ，Ｒb （Ｒa ＜Ｒb ）を読み込む。次に、診断出力部６は、ｎ回目の打撃で発生した振動波形について前段の信号分析部５が算定した分散Ｄn を信号分析部５から受取る（ステップＳ２）。次に、除算値Ｒn ＝Ｄn ／Ｄo が算定され（ステップＳ３）、Ｒn が大きい方の閾値Ｒb よりも大きい否かが判定され、大きければ“剥離のおそれ大”という警告メッセージが表示装置などに表示出力される（ステップＳ５）。
【００２６】
除算値Ｒn が大きい方の閾値Ｒb 以下であれば、小さい方の閾値Ｒa よりも大きいか否かが判定され（ステップＳ６）、大きければ“剥離のおそれ中”という警告メッセージが表示装置などに表示出力される（ステップＳ７）。除算値Ｒn が小さい方の閾値Ｒa 以下であれば、“剥離のおそれ小”のメッセージが出力される（ステップＳ８）。以上の判定とメッセージの出力処理が、前段の信号分析部５からの分散Ｄn の転送が終了するまで行われ、ステップＳ９で終了と判定されると、診断出力処理は終了する。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の振動検査方法は、検査対象のコンクリート壁面が打撃によって発する振動のサンプル値について分散を算出し、この分散に基づいて検査対象のコンクリート壁面の内部状態を評価するという構成であるから、発生した振動をウェーブレット変換したり、周波数スペクトルを分析したり、線型予測法によって分析したりする従来の各種の方法に比べて、簡易・安価な検査装置を用いて高速の検査が可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の検査方法を適用するコンクリート壁面内部の振動検査装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】コンクリートの下地の表面にタイルを貼った構造の良好な壁面を打撃したときに発生した振動の時間波形（Ａ）と、これらの振動波形から抽出されたサンプル値について算定した分散Ｄを打撃回数ごとにプロットした実験データ（Ｂ）である。
【図３】上記壁面のタイルの剥離のおそれのある不良箇所を打撃したときに発生した振動の時間波形（Ａ）と、これらの振動波形から抽出されたサンプル値について算定した分散Ｄを打撃回数ごとにプロットした実験データ（Ｂ）である。
【図４】コンクリートの下地の表面にモルタル層を形成した構造の良好な壁面を打撃したときに発生した振動の時間波形（Ａ）と、これらの振動波形から抽出されたサンプル値について算定した分散Ｄを打撃回数ごとにプロットした実験データ（Ｂ）である。
【図５】上記壁面のモルタル層の剥離のおそれのある不良箇所を打撃したときに発生した振動の時間波形（Ａ）と、これらの振動波形から抽出されたサンプル値について算定した分散Ｄを打撃回数ごとにプロットした実験データ（Ｂ）である。
【図６】図１中の診断出力部６が実行する診断出力処理の一例の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  制御部
２  励振部
３  受信素子
４  信号処理部
５  信号分析部
６  診断出力部
【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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