(57)【要約】【課題】構造物の変化を診断する精度を向上させる診断装置、診断方法、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。【解決手段】複数のセンサ２１を用いて診断期間に計測された構造物２０の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する、対象振動情報生成手段２と、対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報、又は、診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、対象振動情報との関連性を表す比較関連情報を生成する、比較関連情報生成手段３と、比較関連情報の分布を算出する、分布算出手段４と、基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、診断期間、及び、基準期間の間に構造物２０に変化が生じたと診断する、診断手段５と、を有する診断装置１である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサを用いて診断期間に計測された構造物の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する、対象振動情報生成手段と、
前記対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報、又は、前記診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、前記対象振動情報との関連性を表す前記比較関連情報を生成する、比較関連情報生成手段と、
前記比較関連情報の分布を算出する、分布算出手段と、
前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に前記構造物に変化が生じたと診断する、診断手段と
を有する診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の診断装置であって、
前記対象振動情報生成手段は、前記対象とするモードを含む所定範囲に含まれるモードの振動を表す前記対象振動情報を生成する。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の診断装置であって、
前記比較関連情報生成手段は、複数の前記基準振動情報と、複数の前記対象振動情報とを組み合わせて前記比較関連情報を生成する。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の診断装置であって、
前記診断手段は、前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布との間に所定差異以上の分布差がある場合、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に当該構造物に変化が生じたと診断する。
【請求項５】
（ａ）複数のセンサを用いて診断期間に計測された構造物の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する、ステップと、
（ｂ）前記対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報、又は、前記診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、前記対象振動情報との関連性を表す前記比較関連情報を生成する、ステップと、
（ｃ）前記比較関連情報の分布を算出する、ステップと、
（ｄ）前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に前記構造物に変化が生じたと診断する、ステップと
を有する診断方法。
【請求項６】
請求項５に記載の診断方法であって、
前記（ａ）のステップにおいて、前記対象とするモードを含む所定範囲に含まれるモードの振動を表す前記対象振動情報を生成する。
【請求項７】
コンピュータに、
（ａ）複数のセンサを用いて診断期間に計測された構造物の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する、ステップと、
（ｂ）前記対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報、又は、前記診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、前記対象振動情報との関連性を表す前記比較関連情報を生成する、ステップと、
（ｃ）前記比較関連情報の分布を算出する、ステップと、
（ｄ）前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に前記構造物に変化が生じたと診断する、ステップと
を実行させる診断プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項８】
請求項７に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ａ）のステップにおいて、前記対象とするモードを含む所定範囲に含まれるモードの振動を表す前記対象振動情報を生成する。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ｂ）のステップにおいて、複数の前記基準振動情報と、複数の前記対象振動情報とを組み合わせて前記比較関連情報を生成する。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか一つに記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ｄ）のステップにおいて、前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布との間に所定差異以上の分布差がある場合、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に当該構造物に変化が生じたと診断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の診断をする診断装置、診断方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の劣化又は損傷などの変化を診断する方法として、モード信頼性評価基準（ＭＡＣ：Modal Assurance Criterion）を用いて診断をする方法がある。その方法によれば、まず、変化が発生する前に計測した所定モードの振動を表すモードベクトルと、変化が発生した後に計測した当該モードの振動を表すモードベクトルとを用いて類似度（又は関連性）を表すＭＡＣ値を算出し、二つのモードベクトルの変化を定量化する。【０００３】
続いて、算出したＭＡＣ値を用いて、二つのモードベクトルが類似しているか否かを診断する。ＭＡＣ値は、「１」に近いほど二つのモードベクトルの類似度は高く、「０」に近いほど二つのモードベクトルの類似度は低くなる。従って、ＭＡＣ値が低ければ、構造物に変化があると診断できる。【０００４】
関連する技術として、特許文献１には、構造物を解析する場合に用いる解析モデルの解析精度を向上させる装置が開示されている。特許文献１に開示された装置は、まず、構造物に対して実施した振動試験の結果を用いて算出したモードベクトルと、当該構造物の解析モデルを用いて算出したモードベクトルとのＭＡＣ値を算出する。続いて、特許文献１に開示された装置は、算出したＭＡＣ値を用いて、振動試験の結果を用いて算出したモードベクトルと、解析モデルを用いて算出したモードベクトルとが類似している程度を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１７７５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際に構造物の変化を診断する場合、構造物に設置されたセンサの許容誤差、計測精度、振動試験（例えば、ハンマリング試験）における加振精度、構造物にかかる荷重などの影響により、計測するたびにモードベクトルにはばらつきが生じる。従って、変化が発生する前に計測した所定モードベクトルにも、変化が発生した後に計測した当該モードベクトルにもばらつきがあるため、二つのモードベクトルに基づいて算出したＭＡＣ値を用いても、精度よく構造物の変化を診断することは困難である。【０００７】
また、特許文献１に開示された装置は、構造物を解析する場合に用いる解析モデルの解析精度を向上させる装置で、構造物の変化を診断する装置ではない。更に、特許文献１に開示された装置では、振動試験において計測にばらつきがある場合、振動試験の結果を用いて生成したモードベクトルと、解析モデルを用いて生成したモードベクトルとに基づいて生成したＭＡＣ値を用いても、解析モデルの解析精度を向上させることはできない。【０００８】
本発明の目的の一例は、構造物の変化を診断する精度を向上させる診断装置、診断方法、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一側面における診断装置は、
複数のセンサを用いて診断期間に計測された構造物の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する、対象振動情報生成手段と、
前記対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報、又は、前記診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、前記対象振動情報との関連性を表す前記比較関連情報を生成する、比較関連情報生成手段と、
前記比較関連情報の分布を算出する、分布算出手段と、
前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に前記構造物に変化が生じたと診断する、診断手段と
を有することを特徴とする。【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における診断方法は、
（ａ）複数のセンサを用いて診断期間に計測された構造物の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する、ステップと、
（ｂ）前記対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報、又は、前記診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、前記対象振動情報との関連性を表す前記比較関連情報を生成する、ステップと、
（ｃ）前記比較関連情報の分布を算出する、ステップと、
（ｄ）前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に前記構造物に変化が生じたと診断する、ステップと
を有することを特徴とする。【００１１】
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面における診断プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、
コンピュータに、
（ａ）複数のセンサを用いて診断期間に計測された構造物の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する、ステップと、
（ｂ）前記対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報、又は、前記診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、前記対象振動情報との関連性を表す前記比較関連情報を生成する、ステップと、
（ｃ）前記比較関連情報の分布を算出する、ステップと、
（ｄ）前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に前記構造物に変化が生じたと診断する、ステップと
を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、構造物の変化を診断する精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、診断装置の一例を示す図である。
【図２】図２は、診断装置と、診断装置を有するシステムを具体的に示す図である。
【図３】図３は、計測した振動波をフーリエ変換した振幅スペクトルの図である。
【図４】図４は、基準関連情報の分布と比較関連情報の分布とを示す図である。
【図５】図５は、診断装置の動作の一例を示す図である。
【図６】図６は、診断装置を実現するコンピュータの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図１から図６を参照しながら説明する。
【００１５】
［装置構成］
最初に、図１を用いて、本実施の形態における診断装置の構成について説明する。図１は、診断装置の一例を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態における診断装置１は、構造物の劣化又は損傷などの変化（異常）を診断する精度を向上させることができる装置である。図１に示すように、診断装置１は、対象振動情報生成手段２と、比較関連情報生成手段３と、分布算出手段４と、診断手段５とを有している。
【００１７】
このうち、対象振動情報生成手段２は、複数のセンサを用いて診断期間に計測された構造物の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する。対象振動情報は、例えば、モードベクトル、又は座標モードベクトルなどである。
【００１８】
比較関連情報生成手段３は、診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、診断期間における対象振動情報との関連性を表す比較関連情報を生成する。すなわち、比較関連情報生成手段３は、診断期間より前の基準期間に生成した基準振動情報と、診断期間における対象振動情報とを用いて、比較関連情報を生成する。
【００１９】
又は、比較関連情報生成手段３は、対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報を生成してもよい。すなわち、比較関連情報生成手段３は、診断期間に計測した振動だけを用いて、比較関連情報を生成する。比較関連情報は、例えば、ＭＡＣ、座標モード信頼性評価基準（ＣＯＭＡＣ:Coordinate Modal Assurance Criteria）などである。
【００２０】
分布算出手段４は、比較関連情報の分布を算出する。分布は、例えば、比較関連情報に関して頻度を解析した頻度分布などである。診断手段５は、基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、診断期間、及び、基準期間の間に構造物に変化が生じたかを診断する。分布に基づく診断は、例えば、仮説的検定などを用いる。
【００２１】
このように、本実施の形態では、基準関連情報の分布と比較関連情報の分布とを比較した結果に基づき、構造物に変化が生じたか否かを診断するので、構造物の変化を診断する精度が向上する。すなわち、構造物に設置されたセンサの許容誤差、計測精度、振動試験における加振精度、構造物にかかる荷重などの影響により、計測するたびにモードベクトルにばらつきが生じても、基準があるので、精度よく構造物の変化を診断することができる。
【００２２】
続いて、図２を用いて、本実施の形態における診断装置１の構成をより具体的に説明する。図２は、診断装置と、診断装置を有するシステムを具体的に示す図である。
【００２３】
図２に示すように、本実施の形態におけるシステムは、診断装置１と複数のセンサ２１（図２においては、センサ２１を、センサ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅと表記する）とを有する。また、診断装置１は、対象振動情報生成部２（対象振動情報生成手段）、比較関連情報生成部３（比較関連情報生成手段）、分布算出部４（分布算出手段）、診断部５（診断手段）を有する。
【００２４】
構造物２０は、例えば、少なくとも砂、水、セメントを用いて凝固させた硬化物（コンクリート、又はモルタルなど）、又は金属、又はそれらを用いて構築された構造物である。また、構造物２０は、建築物全体、又はその一部である。更に、構造物２０は、機械類の全体、又はその一部である。
センサ２１は、構造物２０に取り付けられ、構造物２０の少なくとも振動の大きさを計測し、計測した振動の大きさを示す情報を診断装置１へ送信する。例えば、センサ２１は、計測した振動の大きさを示す情報を有する信号を、診断装置１へ送信する。センサ２１は、例えば、三軸加速度センサ、ファイバセンサなどを用いることが考えられる。
【００２５】
具体的には、図２に示すように、構造物２０に取り付けられた複数のセンサ２１ａから２１ｅそれぞれは、取り付けられた位置において加速度を計測する。続いて、複数のセンサ２１ａから２１ｅそれぞれは、計測した加速度の情報を有する信号を、診断装置１へ送信する。なお、センサ２１と診断装置１とのやり取りには、有線通信、又は無線通信などを用いる。
【００２６】
対象振動情報生成部２は、上述した基準期間、診断期間において、複数のセンサ２１ａから２１ｅを用いて計測された構造物２０の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する。具体的には、対象振動情報生成部２は、上述した診断期間、基準期間において、複数のセンサ２１ａから２１ｅが計測した構造物２０の振動の大きさを示す情報（振動波）に基づいて、予め設定した対象とするモードのモードベクトルなどを算出する。なお、基準期間に生成した対象振動情報は、以降において基準振動情報と表記する。
【００２７】
図３は、計測した振動波をフーリエ変換した振幅スペクトルの図である（複数回の振動試験をしたうちの一つの振動波をフーリエ変換して得られたフーリエ成分の絶対値の図である）。図３の例では、対象のモードとして１０［Ｈｚ］が予め設定されている。対象モードは、例えば、構造物２０の変化を診断し易いモードに設定する。
【００２８】
続いて、対象振動情報生成部２は、対象とするモードの振動を表すモードベクトルを生成する。例えば、対象振動情報生成部２は、対象とするモードについて、センサ２１ａから２１ｅそれぞれに対して、式（１）に示すような、複素ベクトルを用いて、モードベクトルを生成する。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
また、対象振動情報生成部２は、対象とするモードを含む所定範囲に含まれるモードの振動を表す対象振動情報を生成してもよい。その理由は、構造物２０に設置されたセンサ２１の許容誤差、計測精度、振動試験における加振精度、構造物にかかる荷重、構造物２０の変化などの影響により、対象とするモードに対応する周波数がずれると予測されるためである。そこで、対象とするモードに対応する周波数は、上述した影響により当該周波数からずれると予測される所定範囲内の周波数を含むようにする。図３の例では、対象のモードの周波数は、１０［Ｈｚ］を含む所定範囲に設定している。所定範囲は、例えば、実験、シミュレーション、機械学習などにより求め、予め記憶しておく。
【００３１】
比較関連情報生成部３は、基準期間において基準振動情報間の関連性を表す比較関連情報（基準関連情報：類似度を表す指標）を生成する。また、比較関連情報生成部３は、基準期間において生成した基準振動情報と、診断期間において生成した対象振動情報との関連性を表す比較関連情報（類似度を表す指標）を生成する。
【００３２】
具体的には、比較関連情報生成部３は、基準期間に実施した振動試験において生成した複数のモードベクトル間の関連性を表すＭＡＣを算出する。すなわち、比較関連情報生成部３は、基準期間に実施した振動試験において生成した複数のモードベクトルから二つのモードベクトルを選択し、選択した二つのモードベクトルを表すＭＡＣを式（２）に示された処理に従い算出する。比較関連情報生成部３は、複数のモードベクトルから任意の二つのモードベクトルを組み合わせに応じて、複数のＭＡＣを算出してもよい。
【００３３】
また、基準期間に実施した振動試験において生成したモードベクトルと、診断期間に実施した振動試験において生成したモードベクトルとの関連性を表すＭＡＣを算出する。この場合に、ＭＡＣは、例えば、基準期間における振動に基づき算出される複数のモードベクトルのうち一つのベクトルを選び、診断期間における振動に基づき算出されるモードベクトルのうち一つのベクトルを選び、選んだ二つのベクトルに関して算出される。すなわち、ＭＡＣは、基準期間における一つのモードベクトルと、診断期間における一つのモードベクトルとに基づき算出される値である。従って、この場合に、ＭＡＣは、基準期間におけるモードベクトルと、診断期間におけるモードベクトルとの組み合わせた分だけ算出することができる。例えば、比較関連情報生成部３は、対象とするモードについて、式（２）を用いてＭＡＣを算出する。
【００３４】
【数２】
2019234832.tif 000004
【００３５】
なお、基準期間においてＭ回の振動試験を実施した場合、Ｍ個のモードベクトルを組み合わせ、ＭＣ２個のＭＡＣを算出する。ただし、Ｍ回の振動試験において正常なモードベクトルが（Ｍ−ｍ）回しか算出できない場合には、Ｍ−ｍＣ２個のＭＡＣを算出する。
【００３６】
また、基準期間においてＭ回の振動試験を実施し、診断期間においてＮ回の振動試験を実施した場合、基準期間に生成したＭ個のモードベクトルと、診断期間において生成したＮ個のモードベクトルとを組み合わせて（Ｎ×Ｍ）個のＭＡＣを算出する。ただし、診断期間、又は基準期間、又はその両方において、正常なモードベクトルが算出できない場合、正常なモードベクトルを用いてＭＡＣを算出する。例えば、診断期間にＮ個のモードベクトルが算出でき、基準期間にＭ回の振動試験において正常なモードベクトルが（Ｍ−ｍ）回しか算出できない場合、（Ｎ×（Ｍ−ｍ））個のＭＡＣを算出する。
【００３７】
又は、比較関連情報生成部３は、基準期間に生成した基準振動情報と、診断期間に生成した対象振動情報との関連性を表す比較関連情報以外に、診断期間において生成した対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報を生成してもよい。具体的には、比較関連情報生成部３は、診断期間に実施した振動試験において生成した複数のモードベクトルを用いて、モードベクトル間の関連性を表すＭＡＣを算出する。例えば、診断期間においてＮ回の振動試験を実施した場合、Ｎ個のモードベクトルを組み合わせ、ＮＣ２個のＭＡＣを算出する。ただし、Ｎ回の振動試験において正常なモードベクトルが（Ｎ−ｎ）回しか算出できない場合には、Ｎ−ｎＣ２個のＭＡＣを算出する。
【００３８】
なお、上述したＭは、２以上の正の整数である。ｍは、Ｍより小さい正の整数である。Ｎは、２以上の正の整数である。ｎは、Ｎより小さい正の整数である。
【００３９】
更に、比較関連情報は、ＭＡＣに限定されるものではない。例えば、比較関連情報としてＣＯＭＡＣを用いてもよい。その場合、まず、対象振動情報生成部２は、上述した診断期間、基準期間において、複数のセンサ２１ａから２１ｅが計測した構造物２０の振動の大きさを示す情報（振動波）に基づいて、座標モードベクトルを算出する。対象振動情報生成部２は、例えば、対象とするモードについて、式（３）を用いて座標モードベクトルを算出する。
【００４０】
【数３】
2019234832.tif 000005
【００４１】
続いて、比較関連情報生成部３は、基準期間において生成した座標モードベクトルと診断期間において生成した座標モードベクトルとの関連性を表す比較関連情報、又は、診断期間において生成した座標モードベクトル間の関連性を表す比較関連情報を生成する。なお、比較関連情報生成部３は、例えば、対象とするモードについて、式（４）を用いてＣＯＭＡＣを算出する。
【００４２】
【数４】
2019234832.tif 000006
【００４３】
また、ＭＡＣ、ＣＯＭＡＣ以外の二つのモード間の関連性を表す方法を用いてもよい。具体的には、実空間におけるモード波形をフーリエ変換し、フーリエ変換した空間（例えば、逆格子空間、逆空間、運動量空間、波数空間、ｋ空間など）における、モード波形に対応する値の差異を用いて関連性を表してもよい。
【００４４】
分布算出部４は、基準期間において基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布を算出する。また、分布算出部４は、基準期間において生成した基準振動情報と対象振動情報との関連性を表す比較関連情報の分布を算出する。又は、分布算出部４は、診断期間において生成した対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報の分布を算出してもよい。
【００４５】
分布は、例えば、式（２）を参照しながら上述したような処理に従い算出されるＭＡＣの分布である。また、分布算出部４は、例えば、基準振動情報に関して算出された複数のＭＡＣの頻度を解析することにより、基準関連情報に関する当該複数のＭＡＣの分布を算出する。更に、分布算出部４は、基準振動情報と、対象振動情報とに関して算出された複数のＭＡＣの頻度を解析することにより、比較関連情報に関する当該複数のＭＡＣの分布を算出する。
【００４６】
具体的には、分布算出部４は、ＭＡＣ又はＣＯＭＡＣなどを用いて算出した、基準関連情報と比較関連情報とを用いて頻度分布などの相関分布を表す情報を算出する。図４は、基準関連情報の分布と比較関連情報の分布とを示す図である。
【００４７】
診断部５は、基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、比較関連情報に関して算出した分布との間に所定差異以上の分布差がある場合、診断期間、及び、基準期間の間に当該構造物に変化が生じたと診断する。
【００４８】
具体的には、診断部５は、基準関連情報の分布を表す情報と、比較関連情報の分布を表す情報とを用いて頻度分布の差異を算出し、算出した頻度分布の差が所定差異以上ある場合、構造物２０に変化があると診断する。また、算出した頻度分布の差が所定差異より小さい場合、診断部５は、構造物２０に変化がないと診断する。
【００４９】
例えば、基準関連情報の分布の信頼区間が９５［％］となる上限値と下限値を算出しておき、比較関連情報の平均値、又は中央値が上限値より大きい、又は下限値より小さい場合、診断部５は、構造物２０に変化があると診断する。また、比較関連情報の分布の５０［％］以上が上限値を超えている場合、診断部５は、構造物２０に変化があると診断する。なお、上述した９５［％］、５０［％］などは一例であり、限定されるものではないに。
【００５０】
なお、診断方法としては、例えば、仮説的検定（例えば、有意差検定など）に加えて、ホテリング法、マハラノビス距離、カルバックライブラ距離、ピアソン距離などを用いてもよい。
【００５１】
［装置動作］
次に、本発明の実施の形態における診断装置の動作について図５を用いて説明する。図５は、診断装置の動作の一例を示す図である。以下の説明においては、適宜図２から図４を参酌する。また、本実施の形態では、診断装置を動作させることによって、診断方法が実施される。よって、本実施の形態における診断方法の説明は、以下の診断装置の動作説明に代える。
【００５２】
ステップＡ１において、対象振動情報生成部２は、基準期間に複数回の振動試験をした場合に、センサ２１を用いて計測した、複数の振動の大きさを示す情報（振動波）を取得する。基準期間は、診断期間より前の期間で、構造物２０に変化がないと見做せる期間である。
【００５３】
ステップＡ２において、対象振動情報生成部２は、基準期間における対象とするモードに対して、基準振動情報を生成する。具体的には、対象振動情報生成部２は、対象とするモードについて、センサ２１ａから２１ｅそれぞれに対して、式（１）を用いて、モードベクトルを生成する。又は、対象振動情報生成部２は、式（３）を用いて、座標モードベクトルを生成する。
【００５４】
ステップＡ３において、比較関連情報生成部３は、基準期間において基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報を生成する。具体的には、比較関連情報生成部３は、対象とするモードについて、式（２）を用いてＭＡＣを算出する。例えば、基準期間においてＭ回の振動試験を実施した場合、Ｍ個のモードベクトルを組み合わせ、ＭＣ２個のＭＡＣを算出する。ただし、Ｍ回の振動試験において正常なモードベクトルがＭ−ｍ回しか算出できない場合には、Ｍ−ｍＣ２個のＭＡＣを算出する。また、ステップＡ３において、比較関連情報生成部３は、対象とするモードについて、式（４）を用いてＣＯＭＡＣを算出してもよい。また、全ての組み合わせについてＭＡＣを算出する必要はなく、一部の組み合わせだけでもよい。
【００５５】
ステップＡ４において、対象振動情報生成部２は、基準期間より後の期間である診断期間に複数回の振動試験をした場合に、センサ２１を用いて計測した、複数の振動の大きさを示す情報（振動波）を取得する。
【００５６】
ステップＡ５において、対象振動情報生成部２は、診断期間における対象とするモードに対して、対象振動情報を生成する。具体的には、対象振動情報生成部２は、ステップＡ２において設定した、対象とするモードを含む所定範囲に含まれるモードを選択し、選択したモードに対するモードベクトルを生成する。例えば、対象振動情報生成部２は、対象とするモードについて、センサ２１ａから２１ｅそれぞれに対して、式（１）を用いて、モードベクトルを生成する。又は、対象振動情報生成部２は、式（３）を用いて、座標モードベクトルを生成する。
【００５７】
ステップＡ６において、比較関連情報生成部３は、基準期間の基準振動情報と、診断期間の対象振動情報とを用いて比較関連情報を生成する。具体的には、比較関連情報生成部３は、対象とするモードについて、式（２）を用いてＭＡＣを算出する。具体的には、基準期間においてＭ回の振動試験を実施し、診断期間においてＮ回の振動試験を実施した場合、基準期間に生成したＭ個のモードベクトルと、診断期間において生成したＮ個のモードベクトルとを組み合わせて（Ｎ×Ｍ）個のＭＡＣを算出する。全ての組み合わせについてＭＡＣを算出する必要はなく、一部の組み合わせだけでもよい。
【００５８】
ただし、基準期間、又は診断期間、又はその両方において、正常なモードベクトルが算出できない場合、正常なモードベクトルを用いてＭＡＣを算出する。例えば、診断期間にＮ個のモードベクトルが算出でき、基準期間にＭ回の振動試験において正常なモードベクトルが（Ｍ−ｍ）回しか算出できない場合、（Ｎ×（Ｍ−ｍ））個のＭＡＣを算出する。また、ステップＡ６において、比較関連情報生成部３は、対象とするモードについて、式（４）を用いてＣＯＭＡＣを算出してもよい。
【００５９】
又は、ステップＡ６において、比較関連情報生成部３は、診断期間において生成した対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報を生成してもよい。具体的には、比較関連情報生成部３は、診断期間に実施した振動試験において生成した複数のモードベクトルを用いて、モードベクトル間の関連性を表すＭＡＣを算出する。例えば、診断期間においてＮ回の振動試験を実施した場合、Ｎ個のモードベクトルを組み合わせ、ＮＣ２個のＭＡＣを算出する。ただし、Ｎ回の振動試験において正常なモードベクトルが（Ｎ−ｎ）回しか算出できない場合には、Ｎ−ｎＣ２個のＭＡＣを算出する。全ての組み合わせについてＭＡＣを算出する必要はなく、一部の組み合わせだけでもよい。
【００６０】
ステップＡ７において、分布算出部４は、基準関連情報及び比較関連情報の分布を算出する。具体的には、分布算出部４は、ＭＡＣ又はＣＯＭＡＣなどを用いて算出した、基準関連情報と比較関連情報とを用いて、図４に示すような頻度分布などの相関分布を算出する。
【００６１】
ステップＡ８において、診断部５は、基準関連情報の分布と、比較関連情報の分布とを比較した結果に基づき、構造物に変化が生じたか診断する。具体的には、診断部５は、基準関連情報の分布を表す情報と、比較関連情報の分布を表す情報とを用いて頻度分布の差を算出し、算出した頻度分布の差が所定差異以上ある場合、構造物２０に変化があると診断する。また、算出した頻度分布の差が所定差異より小さい場合、診断部５は、構造物２０に変化がないと診断する。そして、ステップＡ８の処理を終了した後、構造物２０に変化があると診断された場合、診断装置１は、変化した箇所を特定する。
【００６２】
［本実施の形態の効果］
以上のように、本実施の形態によれば、基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、構造物に変化が生じたことを診断するので、構造物の変化を診断する精度が向上する。すなわち、構造物に設置されたセンサの許容誤差、計測精度、振動試験における加振精度、構造物にかかる荷重などの影響により、計測するたびにモードベクトルにはばらつきが生じても、基準があるので、精度よく変化を診断することができる。
【００６３】
［プログラム］
本発明の実施の形態における診断プログラムは、コンピュータに、図５に示すステップＡ１からＡ８を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における診断装置と診断方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、対象振動情報生成部２、比較関連情報生成部３、分布算出部４、診断部５として機能し、処理を行なう。
【００６４】
また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されてもよい。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、対象振動情報生成部２、比較関連情報生成部３、分布算出部４、診断部５のいずれかとして機能してもよい。
上述した実施形態においては、構造物２０が正常である期間を基準期間に設定する例を参照しながら説明した。しかし、基準期間は、必ずしも構造物２０が正常である期間である必要はなく、変化が生じている期間であってもよい。すなわち、基準期間は、ある期間であればよく、上述した例に限定されない。したがって、診断装置１は、基準期間と、診断期間との間において、構造物２０に変化が生じたか否かを診断することができる。
【００６５】
［物理構成］
ここで、実施の形態におけるプログラムを実行することによって、診断装置を実現するコンピュータについて図６を用いて説明する。図６は、診断装置を実現するコンピュータの一例を示す図である。
【００６６】
図６に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを有する。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を有してもよい。
【００６７】
ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであってもよい。
【００６８】
また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置があげられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボード及びマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。
【００６９】
データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。
【００７０】
また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体があげられる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明によれば、構造物の変化を診断する精度を向上させることができる。本発明は、例えば、構造物の診断が必要な分野に有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１  診断装置
２  対象振動情報生成部（対象振動情報生成手段）
３  比較関連情報生成部（比較関連情報生成手段）
４  分布算出部（分布算出手段）
５  診断部（診断手段）
２０  構造物
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ  センサ
２２  振動応答解析部
１１０  コンピュータ
１１１  ＣＰＵ
１１２  メインメモリ
１１３  記憶装置
１１４  入力インターフェイス
１１５  表示コントローラ
１１６  データリーダ／ライタ
１１７  通信インターフェイス
１１８  入力機器
１１９  ディスプレイ装置
１２０  記録媒体
１２１  バス
【図１】
2019234832.tif 000007
【図２】
2019234832.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019234832.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和2年11月18日(2020.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサを用いて診断期間に計測された構造物の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する、対象振動情報生成手段と、
前記対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報、又は、前記診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、前記対象振動情報との関連性を表す前記比較関連情報を生成する、比較関連情報生成手段と、
前記比較関連情報の分布を算出する、分布算出手段と、
前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に前記構造物に変化が生じたと診断する、診断手段と
を有する診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の診断装置であって、
前記対象振動情報生成手段は、前記対象とするモードを含む所定範囲に含まれるモードの振動を表す前記対象振動情報を生成する、
診断装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の診断装置であって、
前記比較関連情報生成手段は、複数の前記基準振動情報と、複数の前記対象振動情報とを組み合わせて前記比較関連情報を生成する、
診断装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の診断装置であって、
前記診断手段は、前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布との間に所定差異以上の分布差がある場合、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に当該構造物に変化が生じたと診断する、
診断装置。
【請求項５】
（ａ）複数のセンサを用いて診断期間に計測された構造物の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する、ステップと、
（ｂ）前記対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報、又は、前記診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、前記対象振動情報との関連性を表す前記比較関連情報を生成する、ステップと、
（ｃ）前記比較関連情報の分布を算出する、ステップと、
（ｄ）前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に前記構造物に変化が生じたと診断する、ステップと
を有する診断方法。
【請求項６】
請求項５に記載の診断方法であって、
前記（ａ）のステップにおいて、前記対象とするモードを含む所定範囲に含まれるモードの振動を表す前記対象振動情報を生成する、
診断方法。
【請求項７】
コンピュータに、
（ａ）複数のセンサを用いて診断期間に計測された構造物の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する、ステップと、
（ｂ）前記対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報、又は、前記診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、前記対象振動情報との関連性を表す前記比較関連情報を生成する、ステップと、
（ｃ）前記比較関連情報の分布を算出する、ステップと、
（ｄ）前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に前記構造物に変化が生じたと診断する、ステップと
を実行させるプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムであって、
前記（ａ）のステップにおいて、前記対象とするモードを含む所定範囲に含まれるモードの振動を表す前記対象振動情報を生成する、
プログラム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のプログラムであって、
前記（ｂ）のステップにおいて、複数の前記基準振動情報と、複数の前記対象振動情報とを組み合わせて前記比較関連情報を生成する、
プログラム。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか一つに記載のプログラムであって、
前記（ｄ）のステップにおいて、前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布との間に所定差異以上の分布差がある場合、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に当該構造物に変化が生じたと診断する、
プログラム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、構造物の診断をする診断装置、診断方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の目的の一例は、構造物の変化を診断する精度を向上させる診断装置、診断方法、及びプログラムを提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、
コンピュータに、
（ａ）複数のセンサを用いて診断期間に計測された構造物の振動のうち、対象とするモードの振動を表す対象振動情報を生成する、ステップと、
（ｂ）前記対象振動情報間の関連性を表す比較関連情報、又は、前記診断期間と異なる基準期間に計測された振動のうち、当該対象とするモードの振動を表す基準振動情報と、前記対象振動情報との関連性を表す前記比較関連情報を生成する、ステップと、
（ｃ）前記比較関連情報の分布を算出する、ステップと、
（ｄ）前記基準振動情報間の関連性を表す基準関連情報の分布と、前記比較関連情報に関して算出した分布とを比較した結果に基づき、前記診断期間、及び、前記基準期間の間に前記構造物に変化が生じたと診断する、ステップと
を実行させることを特徴とする。
【国際調査報告】
2019234832.tif 000013
2019234832.tif 000014
2019234832.tif 000015