JP2000002503A - Structure member integrity monitoring sensor - Google Patents

Structure member integrity monitoring sensor

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JP2000002503A
JP2000002503A JP16893498A JP16893498A JP2000002503A JP 2000002503 A JP2000002503 A JP 2000002503A JP 16893498 A JP16893498 A JP 16893498A JP 16893498 A JP16893498 A JP 16893498A JP 2000002503 A JP2000002503 A JP 2000002503A
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JP
Japan
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structural member
conductor
conductive wire
signal
monitoring sensor
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Application number
JP16893498A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Sugimura
義広 杉村
Kiyoshi Ishii
清 石井
Yutaka Inada
裕 稲田
Minoru Sugita
稔 杉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
Original Assignee
Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure member integrity monitoring sensor capable of judging the integrity of structure member with a simple structure having good durability and low cost. SOLUTION: A structure member integrity monitoring sensor M1 is constituted to have a pulse signal generator 1 generating impulse type or step type pulse signal Si or Ss, conductive cables 12 and 13 buried in foundation piles 10 and a conductor 4 provided along the conductive cables 12 and 13. Also constituted of is an oscilloscope 15 judging the damage state near the damage point 12b of foundation piles 10 based on the pulse signal Si or Ss and reflection signals Sri3, Sri3' or Srs3, Srs3' output by one ends 12a and 13a of the conductive cables 12 and 13.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、構造部材に対して
設けられて、その構造部材の健全性を判断するために用
いられる構造部材の健全性モニタリングセンサーに関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structural member soundness monitoring sensor provided for a structural member and used for judging the soundness of the structural member.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知のように、橋梁、高架道、トンネ
ル、ビルなどの土木・建築高層物は、供用期間が長いこ
とから、地震、過荷重や疲労などによる損傷、腐食や、
過酷な環境などによる劣化の問題にさらされている。こ
のような問題に対しては、構造物あるいは構造部材の要
所要所にセンサーを配置して、随時健全性のモニタリン
グを行い、長期の耐久性を保証するという方法が有効で
ある。ここで、随時とは、常時あるいは定期的に、さら
には、地震や過荷重を受けた直後等をさす。
2. Description of the Related Art As is well known, civil and architectural high-rise structures such as bridges, elevated roads, tunnels, and buildings have a long service period.
They are exposed to the problem of degradation due to harsh environments. To solve such a problem, it is effective to arrange sensors at important points of a structure or a structural member, monitor the soundness as needed, and guarantee long-term durability. Here, “as needed” means always or periodically, or immediately after receiving an earthquake or an overload.

【0003】このようなモニタリングが特に有効と考え
られるところを次に示す。 (a) 目視などによる検査能力が発揮できない場所や
位置にある部材・部位の調査 例えば、地下部分、仕上材、天井材、カバー(屋上にあ
る防水層やトンネルの覆工など)がある部材および部
位、他の設備や機器配管類により見えない部分、作業の
ため立ち入りできないほど狭い場所、密閉されている場
所など
The following is a description of the points where such monitoring is considered to be particularly effective. (A) Investigation of members and parts in places and positions where visual inspection ability cannot be exerted, for example, members with underground parts, finishing materials, ceiling materials, covers (such as rooftop waterproof layers and tunnel linings) Parts, parts that are not visible due to other equipment and equipment plumbing, places that are too small to access for work, tightly closed places, etc.

【0004】(b) 簡単には人が立ち入ることができ
ない場所、部位や、立ち入りや作業に危険を伴う場所に
おける部材、部位の調査 例えば、高所作業を行い、かつ安全な作業足場を確保し
がたい場所、水・海水に接している構造物や、水中・海
中構造物、変電所設備などのような(超)高電圧の設備
機器がある場所、原子力施設や放射性廃棄物の処分場な
どのような放射性物質を取り扱う施設、人体に有害な気
体あるいは刺激臭のある場所、酸欠状態になりやすい場
所、交通車両が多いところ、できれば避けたい汚物、
光、騒音、振動、粉塵などのある場所、高温度、高湿度
の場所、などである。
(B) Investigation of parts and parts in places and places where humans cannot easily enter, or places where danger is involved in entry or work. For example, work at high places and secure safe work platforms Places where there is a harsh place, structures that are in contact with water or sea water, underwater or underwater structures, (Ultra) high-voltage equipment such as substation facilities, nuclear power plants, radioactive waste disposal sites, etc. Facilities that handle radioactive materials such as, places with harmful gases or irritating odors, places that are prone to lack of oxygen, places with a lot of traffic vehicles, and waste that should be avoided
There are places with light, noise, vibration, dust, etc., places with high temperature and high humidity.

【0005】(c) 新しい構造用の材料や新しい構工
法を適用した場合 新しい構造用の材料や新しい構工法の採用は、事前の実
験や検討等による多くの実績をもとに慎重に行われるも
のであり、多くの場合、長期の耐久性についても問題が
生じるようなことはない。しかしながら、土木・建築構
造物では、供用期間が長いことから、使用条件の変更や
環境の変化なども考慮に入れれば、不測の事故の回避や
長期の耐久性を保証するために、モニタリングの手段は
大いに有効となる場合がある。また、これにより、設計
・運用データの少なさからくる過剰設計が不要となると
同時に、信頼性も飛躍的に向上するなどの利点が期待で
きる。
(C) When a new structural material or a new construction method is applied Adoption of a new structural material or a new construction method is carefully performed based on many results of prior experiments and studies. In many cases, there is no problem with long-term durability. However, civil and architectural structures have a long service period, so taking into account changes in usage conditions and environmental changes, avoiding accidents and guaranteeing long-term durability will require monitoring methods. Can be very effective. This also eliminates the need for excessive design due to the small amount of design / operation data, and at the same time, can be expected to have advantages such as significantly improved reliability.

【0006】なお、建築構造物では、現在の許容応力度
設計法による設計体系から、限界状体設計法、さらには
基準により構造細部までを規定するのではなく性能自体
を規定することにより、設計者自らがその性能を保証す
るという新しい設計体系への展開も始まろうとしてい
る。このような新しい設計による場合、性能(機能)・
安全・コスト(経済性)のバランスをとることが、今以
上に重要な技術的な課題となる。このような際に、モニ
タリングの技術は、新しい設計を支援する、あるいはリ
スクを担保するための、基本的な技術の一つとなると考
えられる。
[0006] In the case of a building structure, the design itself is not defined by the design system based on the current allowable stress design method, but also by the limit body design method and the standard, but by defining the performance itself instead of defining the structural details. They are also starting to develop a new design system that guarantees their performance. With this new design, performance (function)
Balancing safety and cost (economic) is an even more important technical issue. In such a case, the monitoring technology is considered to be one of the basic technologies for supporting a new design or securing risks.

【0007】ところで、モニタリングの技術には、日常
の目視点検から、供用後、永らく経過した構造物の建物
診断や震災後の被災度調査などのように、調査・診断の
ために、計器を搬入して実験・実測を行うもの等、種々
の健全性の調査・診断・評価の方法がある。
By the way, monitoring techniques include instruments for daily inspection and diagnosis, such as building inspection of structures that have been in operation for a long time, and damage assessment after an earthquake, from daily visual inspection. There are various methods for investigating, diagnosing, and evaluating the soundness, such as carrying in and conducting experiments and actual measurements.

【0008】これらのうち、計器等を利用したモニタリ
ングの技術については、以下の(A)、(B)に大別す
ることができる。すなわち、(A)信号を伝達するケー
ブルの先端にセンサを配置する、あるいは、センサ機能
を付与する方法、および、(B)信号を伝達するケーブ
ルそのものをセンサとして利用する方法、である。ここ
に、構造物あるいは構造部材のモニタリングでは、モニ
タリングの対象が広い、あるいは、多点となるために、
上記(A)および(B)を比較した場合、(B)の方が
有利であるとされている。
[0008] Of these, the monitoring technique using an instrument or the like can be broadly classified into the following (A) and (B). That is, (A) a method of arranging a sensor at the end of a cable for transmitting a signal, or a method of providing a sensor function, and (B) a method of using a cable for transmitting a signal itself as a sensor. Here, in the monitoring of a structure or a structural member, since the monitoring target is wide or multi-point,
When comparing the above (A) and (B), it is considered that (B) is more advantageous.

【0009】そこで、(B)の方法に着目して、従来の
技術について検討してみると、(B)に該当する方法と
して現在までに提案されている技術は、使用材料から見
て以下の2つがある。 (B−1)光ファイバを利用したもの (B−2)炭素繊維束などの導電性の線材を利用したも
の。 以下にこれらについて、若干の説明を加えておく
Considering the prior art focusing on the method (B), the techniques proposed so far as the method corresponding to (B) are as follows in view of the materials used. There are two. (B-1) Using an optical fiber (B-2) Using a conductive wire such as a carbon fiber bundle. Here are some explanations for these.

【0010】(B−1)光ファイバを利用したものにつ
いて 光ファイバは、ガラスやプラスチックの細い線で、多少
曲げても光を損失なく伝送できる繊維である。ここで、
光ファイバの基本構造を、ガラス(グラス)ファイバを
例として説明すると次のようになる。中心部は直径数ミ
クロンから10ミクロン、屈折率naからなる石英ガラス
材料からなり、コア領域と呼ばれる。その周りを屈折率
nbの別の組成からなる石英ガラス材料が取り囲んだ二重
構造である。外側の石英ガラス領域をクラッド領域とい
い、クラッド領域の直径は0.1ミリ程度、標準の場合125
ミクロンである。コアの屈折率は1.5程度で、クラッド
との屈折率差は0.2〜1.0%程度に作ってあり、この屈折
率の差により、コアに入射した光がコアとクラッドの境
界で全反射を繰り返して、極めて小さな伝播損失で伝播
するというのが光ファイバの要点である。さらに、光フ
ァイバの外周は、シリコンやウレタンなどで被覆されて
いるため、弾力性があり、強度的にもつよいものとなっ
ている。光ファイバ自体の破断伸びは1%程度である。
(B-1) Using Optical Fiber An optical fiber is a thin wire made of glass or plastic and can transmit light without loss even if it is slightly bent. here,
The basic structure of an optical fiber will be described below by taking a glass (glass) fiber as an example. The central part is made of quartz glass material having a diameter of several microns to 10 microns and a refractive index of na, and is called a core region. Refractive index around it
It is a double structure surrounded by a quartz glass material of another composition of nb. The outer quartz glass region is called the cladding region, and the diameter of the cladding region is about 0.1 mm.
Micron. The refractive index of the core is about 1.5, and the refractive index difference between the core and the clad is about 0.2 to 1.0% .This difference in refractive index causes the light incident on the core to repeat total reflection at the boundary between the core and the clad. The point of an optical fiber is that it propagates with extremely small propagation loss. Furthermore, since the outer periphery of the optical fiber is covered with silicon, urethane, or the like, it has elasticity and good strength. The breaking elongation of the optical fiber itself is about 1%.

【0011】炭素繊維やガラス繊維などの繊維強化プラ
スチック(FRP)や、その複合材料のひび割れや亀裂
の進展をモニタリングする方法としては、光ファイバの
外周部の被覆を取り外し、FRPやその複合材料の中に
埋め込むことが行われている。これは、被覆された光フ
ァイバの強度が極めて大きく、これをそのまま埋め込む
あるいは接着剤で貼り付けても被覆の外周面においてハ
ガレを生じて、光ファイバ自体の損傷とはならないため
である。損傷の有無や、あるいは、その程度の判定に
は、光ファイバの導通試験、すなわち、光の透過(透過
光の損失)を計測あるいは目視する方法や、片端から光
を入射し、途中で引き返してくる微弱な反射光(後方散
乱光)を計測により行うことができる。
As a method for monitoring the progress of cracks and cracks in fiber reinforced plastics (FRP) such as carbon fiber and glass fiber, and composite materials thereof, a coating on the outer peripheral portion of the optical fiber is removed, and the FRP or composite material thereof is removed. Embedding in it has been done. This is because the strength of the coated optical fiber is extremely high, and even if the coated optical fiber is buried as it is or attached with an adhesive, peeling occurs on the outer peripheral surface of the coating, and the optical fiber itself is not damaged. To determine whether or not there is damage, or the degree of damage, a continuity test of the optical fiber, that is, a method of measuring or visually observing the transmission of light (loss of transmitted light), or entering light from one end and turning back Weak reflected light (backscattered light) can be measured by measurement.

【0012】さらに、光ファイバケーブルで生じた障害
点(損傷を受けた位置)を、光パルス試験機より破断面
において生じる反射パルス(フレネル反射)を計測する
ことから求めることができる。ただし、光ケーブルで
は、破断の状況によっては、反射パルスが生じない場合
がある。しかし、このような場合にも、次に述べる方法
により、前述の後方散乱光を手がかりに障害点を探査す
ることができる。すなわち、光ファイバには波長の単位
よりも小さな物質や密度・成分の不均一によるミクロな
屈折率のゆらぎがあり、これによりレイリー散乱という
散乱光が発生する。この長さ方向に分布する散乱光の一
部が光ファイバの導波モードとなって入射端にもどり、
この微弱な反射光(後方散乱波)のレベルを測定するこ
とにより、破断点を評定することができる。後方散乱光
のレベルは、伝播時間に対応し指数関数的に変化する。
単位長の損失はこのレベル差から、破断点は後方散乱光
の消滅から検出できる。
Further, a fault point (damaged position) generated in the optical fiber cable can be obtained by measuring a reflected pulse (Fresnel reflection) generated in the fractured surface by an optical pulse tester. However, in the case of an optical cable, a reflected pulse may not be generated depending on the state of breakage. However, even in such a case, a fault point can be searched using the above-mentioned backscattered light as a clue by the method described below. That is, the optical fiber has microscopic refractive index fluctuations due to non-uniformity of substances and densities / components smaller than a unit of wavelength, and this causes scattered light called Rayleigh scattering. A part of the scattered light distributed in the length direction becomes a waveguide mode of the optical fiber and returns to the incident end,
By measuring the level of this weak reflected light (backscattered wave), the breaking point can be evaluated. The level of backscattered light varies exponentially with propagation time.
The unit length loss can be detected from this level difference, and the break point can be detected from the disappearance of the backscattered light.

【0013】(B−2) 炭素繊維束など導電性の線材
を利用したものについて このような導電性の線材を利用した場合のモニタリング
の原理は以下の通りである。すなわち、例えば、炭素繊
維ガラス繊維強化プラスチックス(CFGFRP)材料
中の炭素繊維糸は、極細の炭素の長繊維が千本単位で束
ねられたものであり導電性材料である。この炭素繊維材
料に、引張荷重が作用すると、炭素繊維がその伸びによ
って徐々に破断を開始し、所定の伸びでは多くの炭素繊
維糸はおおむね破断して、炭素繊維糸は電気抵抗値を急
激に上昇させる。さらに荷重が大きくなれば、炭素繊維
糸は完全に破断し、電気抵抗は極めて大きい値となる
(気中であればほぼ無限大になる)。また、荷重が取り
除かれれば、部材のたわみは小さくなり、炭素繊維材も
元の形状にもどるが、破断した繊維は元の状態にはもど
らないので、電気抵抗値は元の状態よりは大きい値を示
す。これより、あらかじめ、荷重−部材の伸び−電気抵
抗の残留値の関係を調べておけば、電気抵抗の残留値か
ら部材に作用した荷重、あるいは部材の伸びを容易に推
定することができ、結果として、部材の損傷の程度(ま
たは、健全性)をモニタリングすることができる。
(B-2) Using a conductive wire such as a carbon fiber bundle The principle of monitoring when such a conductive wire is used is as follows. That is, for example, the carbon fiber yarn in the carbon fiber glass fiber reinforced plastics (CFGFRP) material is a conductive material in which ultrafine carbon long fibers are bundled in thousands. When a tensile load is applied to this carbon fiber material, the carbon fiber gradually starts to break due to its elongation, and at a predetermined elongation, most of the carbon fiber yarn breaks substantially, and the carbon fiber yarn sharply increases the electric resistance value. To raise. When the load is further increased, the carbon fiber yarn is completely broken, and the electric resistance becomes a very large value (almost infinite in the air). Also, when the load is removed, the deflection of the member decreases and the carbon fiber material returns to its original shape, but the broken fiber does not return to its original state, so the electrical resistance value is larger than the original state. Is shown. From this, by examining the relationship of load-elongation of the member-residual value of the electric resistance in advance, it is possible to easily estimate the load applied to the member or the elongation of the member from the residual value of the electric resistance. As such, the degree of damage (or soundness) of the member can be monitored.

【0014】さらに、炭素繊維束は引張側で働くセンサ
であるが、この他にも、圧縮側の検知、さらにコンクリ
ート部材のひび割れ検知など、機能の拡充と感度や精度
などの向上を求めた新たな導電性線材(あるいは材料)
を用いたセンサが提案されている。例えば、新たな導電
性線材(あるいは材料)を用いたセンサとしては、 (i) 絶縁性の高いプラスチックス(誘導体材料)に
より被覆された、幅が狭く、長手方向に延伸した(帯状
の)箔材(導電性を有する金属箔)。 (ii) 炭素繊維(CF)の補強剤とエポキシ樹脂と
からなる強化プラスチックス(RP)のうち、引き抜き
成形方法でロッド状に加工したもの(CFRP)。 (iii) 炭素繊維(CF)とガラス繊維(GF)が
それぞれ束ねられてなる繊維束の補強材と、エポキシ、
ビニルエステルなどの樹脂とからなる強化プラスチック
ス(RP)の成形体(CFGFRP)。断面形状とし
て、棒状、矩形、シート状、ネット状のものなど種々の
ものが考えられる。また、ガラス繊維はセラミックス繊
維やアラミド繊維、さらにはセルロース樹脂と置き換え
ることができる。 (iv) 導電性粉末を分散、硬化させることにより得
られる導電性の高いプラスチックスの成形体。ここで、
導電性粉末としては、例えば、炭素(カーボンブラック
や黒鉛の)粉末や、炭化チタンや窒化チタン等のセラミ
ックス粉末などをさす。 (v) 導電性粉末を分散、硬化させることにより得ら
れる導電性の高いモルタルの形成体。ここで、導電性粉
末としては、(iv)と同様とする。 (vi) 導電性粉末を持つ短繊維(例えば炭素繊維の
短繊維)を分散、硬化させることによって得られる導電
性の高いプラスチックスの形成体、あるいはモルタルの
形成体、などが提案されている。
[0014] Furthermore, the carbon fiber bundle is a sensor that works on the tension side. In addition, the carbon fiber bundle is required to expand its functions such as detection on the compression side and crack detection of concrete members and to improve sensitivity and accuracy. Conductive wire (or material)
There has been proposed a sensor using the same. For example, a sensor using a new conductive wire (or material) includes: (i) a narrow, longitudinally stretched (strip-shaped) foil covered with highly insulating plastics (derivative material); Material (conductive metal foil). (Ii) Reinforced plastics (RP) comprising a reinforcing agent for carbon fiber (CF) and an epoxy resin, which is processed into a rod shape by a drawing method (CFRP). (Iii) a reinforcing material of a fiber bundle in which carbon fiber (CF) and glass fiber (GF) are bundled, epoxy,
A molded article (CFGFRP) of reinforced plastics (RP) comprising a resin such as vinyl ester. Various cross-sectional shapes such as a bar, a rectangle, a sheet, and a net can be considered. Further, the glass fiber can be replaced with a ceramic fiber, an aramid fiber, or a cellulose resin. (Iv) A molded article of highly conductive plastics obtained by dispersing and curing a conductive powder. here,
Examples of the conductive powder include carbon (carbon black and graphite) powder and ceramic powder such as titanium carbide and titanium nitride. (V) A highly conductive mortar formed by dispersing and curing a conductive powder. Here, the conductive powder is the same as (iv). (Vi) Highly conductive plastics formed bodies or mortar formed bodies obtained by dispersing and curing short fibers (for example, short fibers of carbon fibers) having conductive powder are proposed.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の光フ
ァイバを用いた構造部材のモニタリング装置において
は、上で述べたように、損傷の部位が特定できるという
長所があるが、コンクリート造等の構造物あるいは構造
部材への適用を考えたときに、以下の(1)から(7)
に述べるような問題点がある。
As described above, the conventional monitoring device for structural members using an optical fiber has an advantage that the site of damage can be specified. When considering application to objects or structural members, the following (1) to (7)
There are problems as described in

【0016】(1) 被覆をはいだ光ファイバの材料は
ガラスであるが、ガラスはコンクリートのアルカリ性に
弱いという弱点がある。このため、コンクリート躯体中
において被覆をはいだ光ファイバをセンサとして長期間
のモニタリングに使用することは問題がある。
(1) The material of the coated optical fiber is glass, but glass has a weak point that it is weak to alkalinity of concrete. Therefore, there is a problem in using the coated optical fiber in the concrete body as a sensor for long-term monitoring.

【0017】(2) 被覆された光ファイバは高強度で
あることから、これをそのまま構造部材に適用した場
合、光ファイバの損傷箇所と構造部材の損傷箇所との不
一致が生じたり、また、被覆と構造部材との間に剥がれ
が発生し、これによって測定精度の低下を生じる懸念が
ある。
(2) Since the coated optical fiber has a high strength, if the coated optical fiber is applied as it is to a structural member, the damaged portion of the optical fiber may not match the damaged portion of the structural member, There is a concern that peeling may occur between the substrate and the structural member, which may cause a decrease in measurement accuracy.

【0018】(3) 被覆した光ファイバを単なる光信
号の伝達ケーブルとして用いた場合、光ファイバの破断
伸びがわずか1%程度であることから、炭素繊維シート
等の高弾性で破断伸びの小さい補強材中に光ファイバを
配置する場合を除けば、保護管等により光ファイバを養
生する必要がある。
(3) When the coated optical fiber is used as a mere optical signal transmission cable, since the elongation at break of the optical fiber is only about 1%, reinforcement of a carbon fiber sheet or the like with high elasticity and small elongation at break is used. Except for the case where the optical fiber is arranged in the material, it is necessary to cure the optical fiber by a protective tube or the like.

【0019】(4) 光ファイバの口元自体が入射端面
とされていることから、この入射端面から所定点までの
間の部分が、計測不可能ないわゆるデッドゾーンとされ
る。従って、上記デットドーンに障害点が存在する場
合、この障害点を検出することができないという問題が
ある。また、このデットゾーンの距離は、光の波長や計
器機器の計測精度により異なるが、通常、シングルモー
ド光ファイバで8m、マルチモード光ファイバで3mと
されている。さらに、このデッドゾーンの距離は、特定
の測定方法を用いた場合には10〜20mにもおよぶも
のとなる。
(4) Since the mouth of the optical fiber itself is the incident end face, a portion between the incident end face and a predetermined point is a so-called dead zone where measurement is impossible. Therefore, there is a problem in that when a fault point exists in the dead doan, the fault point cannot be detected. The distance of the dead zone varies depending on the wavelength of light and the measurement accuracy of the instrument, but is usually 8 m for a single mode optical fiber and 3 m for a multimode optical fiber. Furthermore, the distance of this dead zone can be as large as 10 to 20 m when a specific measuring method is used.

【0020】(5) 引張荷重等による光ファイバの芯
材のひずみや変形が弾性域内であった場合には、引張荷
重が取り除かれた時点で光ファイバは引張荷重がかかる
前の状態に戻る。従って、この引張荷重が取り除かれた
状態で計測を行っても、引張荷重が加えられたという過
去の状態を知ることができない。(炭素繊維の場合に
は、引張(破断)伸び以前のひずみや変形に対しても、
フィラメントの一部が切断することにより、後で電気抵
抗値を計測することにより、最大ひずみや最大変形を予
測することが可能である。)
(5) If the strain or deformation of the core material of the optical fiber due to the tensile load or the like is within the elastic range, the optical fiber returns to the state before the tensile load was applied when the tensile load was removed. Therefore, even if the measurement is performed in a state where the tensile load has been removed, it is not possible to know a past state in which the tensile load has been applied. (In the case of carbon fiber, even for strain and deformation before tensile (rupture) elongation,
When a part of the filament is cut, it is possible to predict the maximum strain and the maximum deformation by measuring the electric resistance value later. )

【0021】(6) 光ファイバに曲率の小さい曲げを
与えることは、ひずみ計測や光のロスの観点から適当で
ない。そのため、急激に曲げを伴うような配線がしにく
い。 (7) 光ファイバの温度依存性について、結果の補正
が必要である。
(6) It is not appropriate to give the optical fiber a bend having a small curvature from the viewpoint of strain measurement and light loss. For this reason, it is difficult to perform wiring with sudden bending. (7) The results need to be corrected for the temperature dependence of the optical fiber.

【0022】一方、従来の導電性線材(炭素繊維束やそ
れに代わる新たな導電性線材)を用いた構造部材のモニ
タリング装置においては、導電性線材の抵抗値の変化か
ら、構造部材のいずれかの位置において損傷が生じたこ
とが確認できるものの、この損傷が導電性線材上のどの
位置において発生したかを特定することは困難であっ
た。また、導電性線材をいくつかの範囲に分割して、両
端だけではなく、中間点にも複数の端子を設けておき、
その間の抵抗値を計測することにより、損傷を受けた部
位の範囲を特定することも提案されているが、この場合
においては、複数の端子と計測機器との間を接続する複
数の信号ケーブルが必要とされ、コスト面、施工の困難
性等を考慮すれば、実用的にはさらに工夫が必要であ
る。
On the other hand, in a monitoring device for a structural member using a conventional conductive wire (a carbon fiber bundle or a new conductive wire in place of the carbon fiber bundle), a change in the resistance value of the conductive wire causes any one of the structural members to change. Although it can be confirmed that damage has occurred at the position, it has been difficult to specify at which position on the conductive wire the damage has occurred. In addition, the conductive wire is divided into several ranges, and a plurality of terminals are provided not only at both ends but also at an intermediate point,
It has also been proposed to determine the range of the damaged part by measuring the resistance value between them, but in this case, a plurality of signal cables connecting between a plurality of terminals and a measuring device are used. It is necessary, and further consideration is necessary in practical use in consideration of cost, difficulty of construction, and the like.

【0023】本発明は、上記のような問題点に鑑みなさ
れたものであり、耐久性に優れ、しかも低コストであ
り、なおかつ、簡易な構成で、構造部材中における損傷
の存否のみならず、損傷位置、損傷状況をも容易に把握
することができるような構造部材の健全性モニタリング
センサーを提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of the above problems, has excellent durability, is low in cost, has a simple structure, and has not only the presence or absence of damage in a structural member, but also It is an object of the present invention to provide a structural member soundness monitoring sensor capable of easily ascertaining a damaged position and a damaged state.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては以下の手段を採用した。すなわち、
請求項1記載の構造部材の健全性モニタリングセンサー
は、構造部材の内部または表面に対して配設された導電
性を有する導線と、該導線に沿って近接配置された導電
性を有する導体と、前記導線の一端へパルス信号を供給
するパルス信号供給手段と、前記パルス信号および前記
導線の一端より出力される反射信号に基づいて、前記構
造部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造部材の
損傷状態を判定する判定手段とを備えて構成されている
ことを特徴とする。
Means for Solving the Problems To solve the above problems, the present invention employs the following means. That is,
The structural member health monitoring sensor according to claim 1, wherein the conductive wire disposed inside or on the surface of the structural member, and a conductive conductor disposed close to and along the conductive wire, A pulse signal supply unit configured to supply a pulse signal to one end of the conductive wire; and a damage position of the structural member, the damage position of the structural member being identified based on the pulse signal and a reflection signal output from one end of the conductive wire. And a determination means for determining a state.

【0025】請求項2記載の構造部材の健全性モニタリ
ングセンサーは、請求項1記載の構造部材の健全性モニ
タリングセンサーであって、前記構造部材には、少なく
とも一対の前記導線が、同方向に延在するように、なお
かつ、互いに近接するように配置され、前記パルス信号
供給手段は、前記一対の導線の少なくとも一方に対し
て、その端部より前記パルス信号を供給する構成とさ
れ、前記判定手段は、前記パルス信号、前記導線の一方
の端部より出力される第一の反射信号、および、前記導
線の他方の端部より出力される第二の反射信号に基づい
て、前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記
構造部材の損傷状態を判定する構成とされていることを
特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the structural member health monitoring sensor according to the first aspect, wherein the structural member has at least one pair of the conductive wires extending in the same direction. And the pulse signal supply means is configured to supply the pulse signal from at least one end of at least one of the pair of conductive wires, wherein the determination means Damage to the structural member based on the pulse signal, a first reflection signal output from one end of the conductor, and a second reflection signal output from the other end of the conductor. It is characterized in that the position is specified and the damaged state of the structural member is determined.

【0026】請求項3記載の構造部材の健全性モニタリ
ングセンサーは、請求項1または2記載の構造部材の健
全性モニタリングセンサーであって、前記判定手段は、
前記パルス信号、前記導線の一端より出力される反射信
号、および前記導線の他端より出力される透過信号に基
づいて、前記構造部材の損傷位置を特定する構成とされ
ていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, the structural member health monitoring sensor is the structural member health monitoring sensor according to the first or second aspect.
The structure is such that a damaged position of the structural member is specified based on the pulse signal, a reflection signal output from one end of the conductor, and a transmission signal output from the other end of the conductor. .

【0027】これら請求項1から3の発明に係る構造部
材の健全性モニタリングセンサーは、いわゆるTDR
(Time Domain Reflectmetry)測定方法を構造物の健全
性の判定について応用するためのものである。ここにT
DR測定方法とは、インパルス状またはステップ状のパ
ルス信号を導電性の被測定物に入力した後、このパルス
信号(入射波)と被測定物により反射された反射信号
(反射波)とが重畳された反射信号の波形とに基づい
て、被測定物のインピーダンス特性やインピーダンスの
不連続性を距離の関数として測定する方法をいう。
The structural member soundness monitoring sensor according to the first to third aspects of the present invention is a so-called TDR.
(Time Domain Reflectmetry) This is for applying the measurement method to the determination of the soundness of a structure. Here T
In the DR measurement method, an impulse-like or step-like pulse signal is input to a conductive DUT, and this pulse signal (incident wave) is superimposed on a reflected signal (reflected wave) reflected by the DUT. A method of measuring impedance characteristics and impedance discontinuity of a device under test as a function of distance based on the waveform of the reflected signal thus obtained.

【0028】上述の構造部材の健全性モニタリングセン
サーは、構造部材中に導線をあらかじめ埋め込むか、あ
るいは、構造部材の表面に導線を敷設しておき、この導
線にパルス信号を入力することによって、導線上の各位
置においてインピーダンスを測定することが可能であ
り、構造部材が何らかの損傷を受けた際には、その損傷
位置近傍において導線のインピーダンスに変化が生じる
ことから、このインピーダンスの変化を観測することに
よって、構造部材の各所の損傷状態をモニタリングする
ことができる。
The above-described soundness monitoring sensor for a structural member can be obtained by embedding a conductive wire in the structural member in advance or laying a conductive wire on the surface of the structural member and inputting a pulse signal to the conductive wire. It is possible to measure the impedance at each position on the wire, and when any structural member is damaged, the impedance of the conductor changes near the damaged position. Thereby, the damage state of each part of the structural member can be monitored.

【0029】また、この際、導線に沿って、導線に比べ
て力学的強度(破断伸び)が小であるような導体を近接
配置し、導線のインピーダンスがこの導体により影響を
受けるようにすれば、構造部材の損傷に伴って、導体に
破断、亀裂(ひび割れ)、あるいは、剥離等の変化が生
じた場合に、導線周辺のインピーダンスが変化すること
となり、この変化が導線に対するTDR測定により検知
される。さらに、導体だけでなく、導線自体に損傷が及
んだ場合には、導線自身の損傷と導体の損傷を合わせた
インピーダンスの変化が、導線のTDR計測により検知
されることとなる。
In this case, if a conductor having a smaller mechanical strength (elongation at break) than the conductor is arranged close to the conductor, the impedance of the conductor may be affected by the conductor. If the conductor breaks, cracks (cracks), or separates due to structural member damage, the impedance around the conductor changes, and this change is detected by TDR measurement on the conductor. You. Furthermore, when not only the conductor but also the conductor itself is damaged, a change in impedance that combines the damage to the conductor itself and the damage to the conductor is detected by TDR measurement of the conductor.

【0030】この場合、導線に沿って配置された導体
は、導線のインピーダンスの変化の度合いを増幅させ、
これにより精度の高い測定を可能とするように作用す
る。すなわち、図11(a)に示すように、構造部材1
00において、その表面100a付近のコンクリートC
内に導線102を埋設し、さらに、導線102に沿って
導体103を配設したとする。この場合において、ひび
割れ105が、コンクリートCと導体103とを貫通す
るように発生し、なおかつ、ひび割れ105による導線
102の損傷はなかったものとすると、導線102の長
手方向(図中p方向)に見た導線102周囲の電気的特
性の変化は、図12(a)に示すように、ひび割れ10
5を挟んで、導体103→空気(ひび割れ105)
→導体103によって規定されることとなる。
In this case, the conductor arranged along the conductor amplifies the degree of impedance change of the conductor,
This serves to enable highly accurate measurement. That is, as shown in FIG.
00, concrete C near the surface 100a
Suppose that the conductor 102 is embedded in the inside, and the conductor 103 is further arranged along the conductor 102. In this case, assuming that a crack 105 is generated so as to penetrate through the concrete C and the conductor 103 and that the conductor 102 is not damaged by the crack 105, the conductor 105 extends in the longitudinal direction (p direction in the drawing) of the conductor 102. The change in the electrical characteristics around the conductor 102 as seen is as shown in FIG.
5 across conductor 103 → air (crack 105)
→ It is determined by the conductor 103.

【0031】一方、図11(b)に示すように、単に構
造部材100の表面付近に導線102のみを埋設した場
合(導体103を設けなかった場合)には、導線102
の長手方向(図中p方向)に見た導線102周囲の電気
的特性の変化は、図12(b)に示すように、ひび割れ
105を挟んで、コンクリートC→空気(ひび割れ
105)→コンクリートCによって規定されることと
なる。
On the other hand, as shown in FIG. 11B, when only the conductor 102 is buried near the surface of the structural member 100 (when the conductor 103 is not provided), the conductor 102
As shown in FIG. 12 (b), the change in the electrical characteristics around the conductor 102 as seen in the longitudinal direction (p direction in the figure) of concrete C → air (crack 105) → concrete C Will be defined by

【0032】図12において(a)および(b)に示さ
れた場合を比較すると、空気の部分の電気的特性は、両
者において変わりはないが、導体103とコンクリート
Cとを比較した場合、空気に対するインピーダンスの変
化の度合いは、導体103の方が大きいため、導線10
2に沿ったインピーダンスの変化の度合いは、導体10
3を配置した場合の方が大きくなる。これにより、導体
103を導線102に沿って配置することにより、導体
103を配置しない場合に比較して、ひび割れの検知を
容易することができ、より精度の高い測定が可能とな
る。
When comparing the cases shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), the electrical characteristics of the air portion remain the same in both cases. The degree of change in impedance with respect to
2, the degree of change in impedance along conductor 10
3 is larger. Accordingly, by arranging the conductor 103 along the conductor 102, cracks can be easily detected as compared with a case where the conductor 103 is not arranged, and more accurate measurement can be performed.

【0033】また、このような導体103を配置するこ
とによる効果は、ひび割れ105に水(地下水)が侵入
してきた場合に、より一層顕著なものとなる。すなわ
ち、水(地下水)は、空気と比べて電気をはるかによく
通すので、図11、図12に示したような状況におい
て、ひび割れ105に水(地下水)が侵入してきた場合
には、導線102に沿ったインピーダンスの変化は、水
の侵入がない場合に比較して小さなものとなってしまう
が、導体103を配置しておけば、上述のような作用に
よりインピーダンスの変化が増幅されることから、容易
にひび割れの存否を検出することが可能となる。
The effect of arranging the conductor 103 becomes even more remarkable when water (groundwater) enters the crack 105. That is, since water (groundwater) conducts electricity much better than air, when water (groundwater) enters the crack 105 in the situation shown in FIGS. Is small compared to the case where there is no intrusion of water. However, if the conductor 103 is arranged, the change in impedance is amplified by the action described above. This makes it possible to easily detect the presence or absence of cracks.

【0034】なお、上述の説明は、導体の破断伸び等の
力学的強度が導線の力学的強度よりも小さい場合の例で
あるが、この逆の場合、すなわち、導体の力学的強度が
導線のそれよりも強い場合には、導線と導体がともに損
傷したときには、これらを合わせたインピーダンスの変
化が導線のTDR計測により検知されることとなり、上
記の例と同様にインピーダンスの変化が増幅されるとい
う作用が得られるが、導体に損傷が無く導線のみが損傷
したときは、導線のインピーダンスの変化のみが検知さ
れることとなり、この場合の計測の精度は、導体を配置
しなかった場合と同様となる。
The above description is an example in the case where the mechanical strength such as the elongation at break of the conductor is smaller than the mechanical strength of the conductor. In the opposite case, that is, when the mechanical strength of the conductor is smaller than that of the conductor. If it is stronger than that, when both the conductor and the conductor are damaged, the combined impedance change will be detected by the TDR measurement of the conductor, and the impedance change will be amplified as in the above example. Operation is obtained, but when the conductor is not damaged and only the conductor is damaged, only the change in impedance of the conductor is detected, and the measurement accuracy in this case is the same as when no conductor is arranged Become.

【0035】また、請求項4記載の構造部材の健全性モ
ニタリングセンサーは、構造部材の内部または表面に配
設された導電性を有する導線と、該導線に沿って近接配
置された導電性を有する導体と、該導線の一端へ高周波
信号を入力する高周波信号供給手段と、該高周波信号供
給手段、および該導線の一端より出力される反射信号に
基づいて、前記構造部材の損傷位置を特定するととも
に、前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段とを備
えて構成されていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a health monitoring sensor for a structural member having a conductive wire disposed inside or on the surface of the structural member, and having a conductive property arranged closely along the conductive wire. A conductor, a high-frequency signal supply unit for inputting a high-frequency signal to one end of the conductor, a high-frequency signal supply unit, and a damaged position of the structural member based on a reflected signal output from one end of the conductor; And a judging means for judging a damage state of the structural member.

【0036】請求項5記載の構造部材の健全性モニタリ
ングセンサーは、請求項4記載の構造部材の健全性モニ
タリングセンサーであって、前記構造部材には、少なく
とも一対の前記導線が、同方向に延在するように、なお
かつ、互いに近接するように配置され、前記高周波信号
供給手段は、前記一対の導線の少なくとも一方に対し
て、その端部より前記高周波信号を供給する構成とさ
れ、前記判定手段は、前記高周波信号、前記導線の一方
の端部より出力される第一の反射信号、および、前記導
線の他方の端部より出力される第二の反射信号に基づい
て、前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記
構造部材の損傷状態を判定する構成とされていることを
特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the structural member health monitoring sensor according to the fourth aspect, wherein at least one pair of the conductive wires extends in the same direction. And the high-frequency signal supply means is configured to supply the high-frequency signal from at least one end of at least one of the pair of conductive wires, and the determination means Damage to the structural member based on the high-frequency signal, a first reflection signal output from one end of the conductor, and a second reflection signal output from the other end of the conductor. It is characterized in that the position is specified and the damaged state of the structural member is determined.

【0037】請求項6記載の構造部材の健全性モニタリ
ングセンサーは、請求項4または5記載の構造部材の健
全性モニタリングセンサーであって、前記判定手段は、
前記高周波信号、前記導線の一端より出力される反射信
号、および前記導線の他端より出力される透過信号に基
づいて、前記構造部材の損傷位置を特定する構成とされ
ていることを特徴とする。
A structural member health monitoring sensor according to claim 6 is the structural member soundness monitoring sensor according to claim 4 or 5, wherein the determining means comprises:
The damage position of the structural member is specified based on the high-frequency signal, a reflection signal output from one end of the conductor, and a transmission signal output from the other end of the conductor. .

【0038】これら請求項4から6に係る発明の構造部
材の健全性モニタリングセンサーは、いわゆるベクトル
・ネットワーク・アナライザ(Vector Network Analyse
r;VNA)を構造物の健全性の判定について応用するた
めのものである。VNAは、任意の正弦波信号を出力し
て、被測定物への入射波と被測定物からの反射波の位相
特性と振幅測定を測定する装置であり、2ポート(出入
口)あるいは、それ以上のポートを用いることにより、
伝送路の損失や伝播の遅延時間などについて伝達特性を
調べることができるものである。ここでは、構造部材中
に埋設、あるいは構造部材表面に敷設等された導線に、
高周波信号を入力することより、導線から得られる反射
波等の位相特性および周波数領域における振幅特性を調
べるとともに、これらの情報を基に、判定手段におい
て、例えば逆フーリエ変換等の手段を用いて、反射波に
ついて時間軸の波形を得ることとし、これにより、導線
の各所に沿ってのインピーダンスの変化を調べる。
The structural member soundness monitoring sensor according to the fourth to sixth aspects of the present invention is a so-called vector network analyzer.
r; VNA) to determine the soundness of the structure. A VNA is a device that outputs an arbitrary sine wave signal and measures the phase characteristics and amplitude of an incident wave to the device under test and a reflected wave from the device under test. By using the port of
The transmission characteristics can be examined with respect to transmission line loss, propagation delay time, and the like. Here, a conductor buried in the structural member or laid on the surface of the structural member,
By inputting a high-frequency signal, while examining the phase characteristics and the amplitude characteristics in the frequency domain of the reflected wave and the like obtained from the conducting wire, based on these information, in the determination means, for example, using means such as inverse Fourier transform, A waveform on the time axis is obtained for the reflected wave, and thereby, a change in impedance along each part of the conductor is examined.

【0039】また、この際、導線に沿って、導線に比べ
て力学的強度(破断伸び)が小であるような導体を近接
配置し、導線のインピーダンスがこの導体により影響を
受けるようにすれば、構造部材の損傷に伴って、導体に
破断、亀裂(ひび割れ)、あるいは、剥離等の変化が生
じた場合に、導線周辺のインピーダンスが変化すること
となり、この変化が導線に対するVNA測定により検知
される。さらに、導体だけでなく、導線自体に損傷が及
んだ場合には、導線自身の損傷と導体の損傷を合わせた
インピーダンスの変化が、導線のVNA計測により検知
されることとなる。
In this case, if a conductor having a smaller mechanical strength (elongation at break) than the conductor is arranged close to the conductor, the impedance of the conductor may be affected by the conductor. If the conductor breaks, cracks (crack), or separates due to structural member damage, the impedance around the conductor changes, and this change is detected by VNA measurement on the conductor. You. Furthermore, when not only the conductor but also the conductor itself is damaged, a change in impedance that combines the damage to the conductor itself and the damage to the conductor is detected by VNA measurement of the conductor.

【0040】また、この場合、上述の請求項1から3に
係る発明と同様に、導線に沿って配置された導体は、導
線のインピーダンスの変化の度合いを増幅させ、これに
より精度の高い測定を可能とするように作用する。
Further, in this case, similarly to the above-described inventions according to the first to third aspects, the conductor arranged along the conductor amplifies the degree of change in the impedance of the conductor, thereby achieving highly accurate measurement. It works to make it possible.

【0041】請求項7記載の構造部材の健全性モニタリ
ングセンサーは、請求項1から6のいずれかに記載の構
造部材の健全性モニタリングセンサーであって、前記導
体は、所定値以上の応力が作用した際に、その抵抗値が
変化する材料によって形成され、前記導体には、少なく
とも二以上の端子が接続され、該端子には、これら端子
間の抵抗値を測定する抵抗測定手段が接続されているこ
とを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a health monitoring sensor for a structural member according to any one of the first to sixth aspects, wherein a stress of a predetermined value or more acts on the conductor. Then, at least two terminals are connected to the conductor, and resistance measuring means for measuring a resistance value between these terminals is connected to the conductor. It is characterized by being.

【0042】上記のような構成とされるために、この構
造部材の健全性モニタリングセンサーにおいては、パル
ス信号または高周波信号を用いた構造部材の健全性の判
定に加えて、構造部材に損傷が加わったときに導体に応
力が作用し、これによって導体の抵抗値が変化すること
を利用して、導体の抵抗値を観測することにより、構造
部材の健全性をモニタリングすることができる。
With the above structure, the structural member soundness monitoring sensor may damage the structural member in addition to determining the soundness of the structural member using a pulse signal or a high frequency signal. By using the fact that a stress acts on the conductor when the conductor is applied and the resistance value of the conductor changes due to the stress, the soundness of the structural member can be monitored by observing the resistance value of the conductor.

【0043】請求項8記載の構造部材の健全性モニタリ
ングセンサーは、請求項1から7のいずれかに記載の構
造部材の健全性モニタリングセンサーであって、前記導
体の破断伸びは、前記導線の破断伸びよりも小とされて
いることを特徴とする。このような構成とされるため
に、この構造部材の健全性モニタリングセンサーにおい
ては、構造部材が損傷してひび割れ等が発生した場合
に、導体が、導線よりも先行して損傷し、これに伴い導
線周囲のインピーダンスに変化を及ぼすこととなる。こ
れにより、単に導線のみが構造部材中に配設されている
場合と異なり、導線の電気的特性に何ら変化を与えない
程度の微小なひび割れ等を、良好に検出することができ
る。
The structural member health monitoring sensor according to claim 8 is the structural member health monitoring sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the breaking elongation of the conductor is equal to the breaking of the conductor. It is characterized by being smaller than the elongation. With such a configuration, in the health monitoring sensor for the structural member, when the structural member is damaged and cracks or the like occur, the conductor is damaged before the conductive wire, and accordingly, the conductor is damaged. This will change the impedance around the conductor. Thereby, unlike the case where only the conductor is simply provided in the structural member, minute cracks or the like that do not change the electrical characteristics of the conductor at all can be detected satisfactorily.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図1は、本発明の構造部材の健
全性モニタリングセンサーMの概略構成を示す図であ
る。この構造部材の健全性モニタリングセンサーMは、
先に説明したようなTDRを用いた測定方法を、構造部
材の健全性の判定に応用するためのものである。以下
に、その基本的な構成および測定原理についてを説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a structural member health monitoring sensor M of the present invention. This structural member health monitoring sensor M
This is for applying the measurement method using TDR as described above to the determination of the soundness of a structural member. Hereinafter, the basic configuration and measurement principle will be described.

【0045】図1において、符号1はパルス信号発生
器、2は導電性線材、3はオシロスコープ、4は導電性
線材2に沿って配置された導体を示す。パルス信号発生
器1は、図2(c)に示すパルス信号Siまたは図2
(d)に示すステップ状のパルス信号Ssを発生するこ
とができる。また、このパルス信号発生器1には、図示
しないプローブが接続されており、これらパルス信号S
iまたはパルス信号Ssは、該プローブを介して出力さ
れる。さらに、このプローブの先端部からパルス信号発
生器1およびオシロスコープ3側を見たときの特性イン
ピーダンスは、Zo(50Ωまたは75Ω)とされてい
る。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a pulse signal generator, 2 denotes a conductive wire, 3 denotes an oscilloscope, and 4 denotes a conductor arranged along the conductive wire 2. The pulse signal generator 1 receives the pulse signal Si shown in FIG.
The step-like pulse signal Ss shown in (d) can be generated. Further, a probe (not shown) is connected to the pulse signal generator 1, and these pulse signals S
i or the pulse signal Ss is output via the probe. Further, when the pulse signal generator 1 and the oscilloscope 3 are viewed from the tip of the probe, the characteristic impedance is Zo (50Ω or 75Ω).

【0046】一方、導電性線材2は、破断伸びが導体4
よりも高い炭素繊維束により形成されており、その一端
2aには、プローブを介してパルス信号Siまたはパル
ス信号Ssが入力される。また、導電性線材2について
は、一端2aにおいて反射が発生しないように、そのイ
ンピーダンスと特性インピーダンスZoとができるかぎ
り整合するように、長さおよび径、材料の抵抗率の設計
が行われる。
On the other hand, the conductive wire 2
The pulse signal Si or the pulse signal Ss is input to one end 2a of the bundle through a probe. The length and diameter of the conductive wire 2 and the resistivity of the material are designed so that the impedance and the characteristic impedance Zo match as much as possible so that no reflection occurs at the one end 2a.

【0047】また、導電性線材2の外周面は、プラスチ
ックスからなる被覆材(図示略)で被覆されている。こ
の被覆材としては、その破断伸びが、後述するより線や
中心導体と同程度かまたは小さいものが用いられてい
る。ここで、上記導電性線材2(より線)として銅線を
用いた場合には、引張荷重による引張(破断)伸びが数
パーセント以下のプラスチックスの被覆を用いることが
望ましい。これにより、コンクリート部材のひび割れや
亀裂の進展に伴い、被覆材であるプラスチックスに同じ
ようにひび割れ、または亀裂が入り、ひいては、被覆材
を含めた周辺のインピーダンスが変化し、この結果、そ
の損傷状況をより感度良くモニタリングすることができ
ることとなる。
The outer peripheral surface of the conductive wire 2 is covered with a covering material (not shown) made of plastics. As this covering material, a material whose breaking elongation is equal to or smaller than that of a stranded wire or a central conductor described later is used. Here, when a copper wire is used as the conductive wire 2 (stranded wire), it is desirable to use a plastic coating whose tensile (rupture) elongation by a tensile load is several percent or less. As a result, as the cracks and cracks in the concrete member progress, the plastics as the coating material crack or crack in the same way, and the impedance around the coating material and the surrounding material changes. The situation can be monitored with higher sensitivity.

【0048】引張(破断)伸びが数パーセント以下のプ
ラスチックスとしては、例えば、ポリスチレンの標準グ
レード、またはビニルエステル系エポキシ樹脂の標準グ
レードのものが挙げられる。ここで、ポリスチレンの標
準グレードのものの引張(破断)伸びは、2%であり、
一方、ビニルエステル系エポキシ樹脂の標準グレードの
ものの引張(破断)は、3%である。
Examples of the plastics having a tensile (rupture) elongation of several percent or less include a standard grade of polystyrene and a standard grade of vinyl ester epoxy resin. Here, the tensile (rupture) elongation of a standard grade of polystyrene is 2%,
On the other hand, the tensile (rupture) of the standard grade vinyl ester epoxy resin is 3%.

【0049】また、オシロスコープ3は、反射信号Sr
i3(図2(c)参照)または反射信号Srs3(図2
(d)参照)の波形を表示するものである。さらに、オ
シロスコープ3には、各種演算を行うCPU(中央処理
装置)(図示略)が内蔵されている。
The oscilloscope 3 outputs the reflected signal Sr
i3 (see FIG. 2C) or a reflected signal Srs3 (see FIG. 2C).
(See (d)). Further, the oscilloscope 3 has a built-in CPU (Central Processing Unit) (not shown) for performing various calculations.

【0050】また、導体4は、例えば、炭素の長繊維を
束ねた炭素繊維束によって形成されており、これによ
り、引張荷重が作用した場合に、電気抵抗値に変化が見
られるようなものとされている。さらに、導体4には、
その両端に端子5,5が設けられており、これら端子
5,5は、プローブ6,6を介して、これら端子5,5
間の直流抵抗またはインピーダンスを測定するためのテ
スタ7に対して接続されている。
The conductor 4 is formed of, for example, a carbon fiber bundle in which long carbon fibers are bundled, so that when a tensile load is applied, the electric resistance value changes. Have been. Further, the conductor 4 has
Terminals 5 and 5 are provided at both ends, and these terminals 5 and 5 are connected to these terminals 5 and 5
It is connected to a tester 7 for measuring the DC resistance or impedance between them.

【0051】上記構成において、今、図1に示す導電性
線材2の途中部分に引張荷重等による損傷部、すなわち
障害点2bが存在するものとする。これにより、導電性
線材2においては、障害点2bによりインピーダンスの
不整合が生じている。なお、導体4の破断伸びは、導電
性線材2のそれよりも小さいことから、導電性線材2の
障害点2b近傍の導体4もまた損傷を受けているが、図
1中においては、それを省略している。
In the above configuration, it is assumed that a damaged portion due to a tensile load or the like, that is, a failure point 2b is present at an intermediate portion of the conductive wire 2 shown in FIG. As a result, in the conductive wire 2, an impedance mismatch occurs due to the failure point 2b. Since the elongation at break of the conductor 4 is smaller than that of the conductive wire 2, the conductor 4 near the fault point 2b of the conductive wire 2 is also damaged, but in FIG. Omitted.

【0052】この状態において、図2(b)に示すパル
ス信号発生器1より、パルス信号Si(図2(c)参
照)が図2(a)に示す導電性線材2の一端2aへプロ
ーブを介して出力されると、パルス信号Siは、導電性
線材2を伝搬する。そして、パルス信号Siの一部は、
障害点2bにより反射され、反射信号Sri1として、
一端2aへ向けて伝搬する。一方、パルス信号Siの残
りは、他端2cにより反射され、反射信号Sri2とし
て一端2aへ向けて伝搬する。
In this state, a pulse signal Si (see FIG. 2C) is applied from the pulse signal generator 1 shown in FIG. 2B to the one end 2a of the conductive wire 2 shown in FIG. 2A. The pulse signal Si propagates through the conductive wire 2 when output through the conductive wire 2. Then, part of the pulse signal Si is
Reflected by the fault point 2b, the reflected signal Sri1 is
The light propagates toward one end 2a. On the other hand, the rest of the pulse signal Si is reflected by the other end 2c and propagates as a reflected signal Sri2 toward the one end 2a.

【0053】これにより、導電性線材2の一端2aから
は、上述した反射信号Sri1と反射信号Sri2とが
重畳された反射信号Sri3が出力される。この反射信
号Sri3は、オシロスコープ3に入力され、その結
果、オシロスコープ3には、図2(c)に示す反射信号
Sri3の波形が表示される。この図において、部分A
は、反射信号Sri1に対応する部分であり、部分B
は、反射信号Sri2に対応する部分である。
Thus, from one end 2a of the conductive wire 2, a reflection signal Sri3 in which the above-mentioned reflection signal Sri1 and reflection signal Sri2 are superimposed is output. This reflected signal Sri3 is input to the oscilloscope 3, and as a result, the waveform of the reflected signal Sri3 shown in FIG. In this figure, part A
Is a portion corresponding to the reflection signal Sri1, and the portion B
Is a portion corresponding to the reflection signal Sri2.

【0054】従って、図2(c)において、パルス信号
Siと部分Aとの間の時間を求め、該時間に反射信号S
ri3の伝搬速度(≒光速c)を乗算した結果を「2」
で除算することにより、図2(a)に示す一端2aから
障害点2bまでの距離が求められる。すなわち、導電性
線材2における障害点2bの位置が特定される。
Accordingly, in FIG. 2C, the time between the pulse signal Si and the portion A is obtained, and the time between the pulse signal Si and the portion A is obtained.
The result of multiplying the propagation speed of ri3 (≒ light speed c) is "2"
The distance from one end 2a to the fault point 2b shown in FIG. That is, the position of the fault point 2b on the conductive wire 2 is specified.

【0055】また、図2(b)に示すパルス信号発生器
1より、ステップ状のパルス信号Ss(図2(d)参
照)が図2(a)に示す導電性線材2の一端2aへプロ
ーブを介して出力されると、パルス信号Ssの一部は、
障害点2bにより反射され、反射信号Srs1として、
一端2aへ向けて伝搬する。一方、パルス信号Ssの残
りは、他端2cにより反射され、反射信号Srs2とし
て一端2aへ向けて伝搬する。
Further, a pulse signal Ss (see FIG. 2D) having a step shape is probed from the pulse signal generator 1 shown in FIG. 2B to one end 2a of the conductive wire 2 shown in FIG. 2A. , A part of the pulse signal Ss becomes
Reflected by the fault point 2b, as a reflected signal Srs1,
The light propagates toward one end 2a. On the other hand, the rest of the pulse signal Ss is reflected by the other end 2c and propagates as a reflected signal Srs2 toward the one end 2a.

【0056】これにより、導電性線材2の一端2aから
は、上述した反射信号Srs1と反射信号Srs2とが
重畳された反射信号Srs3が出力される。そして、こ
の反射信号Srs3は、オシロスコープ3に入力され
る。その結果、オシロスコープ3には、図2(d)に示
す反射信号Srs3の波形が表示される。この図におい
て、部分Cは、反射信号Srs1に対応する部分であ
り、部分Dは、反射信号Srs2に対応する部分であ
る。
Thus, from one end 2a of the conductive wire 2, a reflection signal Srs3 in which the above-mentioned reflection signal Srs1 and reflection signal Srs2 are superimposed is output. Then, the reflection signal Srs3 is input to the oscilloscope 3. As a result, the oscilloscope 3 displays the waveform of the reflected signal Srs3 shown in FIG. In this figure, a part C is a part corresponding to the reflection signal Srs1, and a part D is a part corresponding to the reflection signal Srs2.

【0057】従って、図2(d)において、パルス信号
Ssの立ち上がりと部分Cとの間の時間を求め、該時間
に反射信号Srs3の伝搬速度(≒光速c)を乗算した
結果を「2」で除算することにより、図2(a)に示す
一端2aから障害点2bまでの距離が求められる。すな
わち、導電性線材2における障害点2bの位置が特定さ
れる。
Therefore, in FIG. 2D, the time between the rise of the pulse signal Ss and the portion C is obtained, and the result obtained by multiplying the time by the propagation speed of the reflected signal Srs3 (≒ light speed c) is “2”. The distance from one end 2a to the fault point 2b shown in FIG. That is, the position of the fault point 2b on the conductive wire 2 is specified.

【0058】また、このとき、導体4は、導電性線材2
より低い強度(破断伸び)において損傷を受けることに
より、導電性線材2の周辺の長手方向ののインピーダン
スの変化を増幅させる役割を果たす。また、構造部材中
に発生したひび割れ等により、導体4に引張または圧縮
荷重が作用した際には、端子5,5間の抵抗値が変化す
るために、テスタ7により端子5,5間の抵抗値を観測
しておくことによって、導体4に何らかの応力が作用し
ていることをモニタリングすることができる。したがっ
て、パルス信号による導電性線材2における障害点2b
の発見・特定に加えて、導体4の抵抗値を観測すること
によって、簡易なモニタリングができるとともに、モニ
タリングの精度をさらに向上させることができる。
At this time, the conductor 4 is connected to the conductive wire 2
By being damaged at a lower strength (elongation at break), it plays a role of amplifying a change in impedance in the longitudinal direction around the conductive wire 2. When a tensile or compressive load is applied to the conductor 4 due to cracks or the like generated in the structural member, the resistance between the terminals 5 and 5 changes. By observing the value, it is possible to monitor that any stress is acting on the conductor 4. Therefore, the fault point 2b in the conductive wire 2 due to the pulse signal
In addition to the discovery and identification of the above, by monitoring the resistance value of the conductor 4, simple monitoring can be performed, and the monitoring accuracy can be further improved.

【0059】なお、以上の説明においては、導電性線材
2および導体4の双方が損傷を受けた場合の例を示した
が、その代わりに、導電性線材2に損傷箇所が無く、そ
れより破断伸びの小さい導体4のみに損傷が生じた場合
においても、導体4の損傷により損傷箇所近傍において
導電性線材2のインピーダンスの不整合が生じることか
ら、この損傷箇所を導電性線材2の障害点2bと見なし
て、上記説明における取り扱いと同様の取り扱いをする
ことができる。
In the above description, an example in which both the conductive wire 2 and the conductor 4 are damaged has been described. Instead, the conductive wire 2 has no damaged portion, and Even when only the conductor 4 having a small elongation is damaged, the impedance of the conductive wire 2 is mismatched near the damaged portion due to the damage of the conductor 4. , And can be handled in the same manner as in the above description.

【0060】以上は、TDR測定方法を応用した場合の
構造部材の健全性モニタリングセンサーMの基本的な構
成であるが、この構造部材のモニタリングにVNA測定
方法を用いる場合には、上述のパルス信号発生器1およ
びオシロスコープ3に代えて、ベクトルネットワークア
ナライザ(図示せず)を用いるようにすればよい。そし
て、このベクトルネットワークアナライザから、任意の
正弦波信号を導電性線材2に対して入力し、この正弦波
信号と導電性線材2から得られる反射波との位相特性お
よび振幅特性を測定することにより、伝送路の損失や伝
搬遅延時間などについて伝達特性を調べれば、導電性線
材2に発生する障害点の2bの位置等を推定することが
できる。
The above is the basic configuration of the soundness monitoring sensor M of the structural member when the TDR measuring method is applied. When the VNA measuring method is used for monitoring the structural member, the above-described pulse signal is used. Instead of the generator 1 and the oscilloscope 3, a vector network analyzer (not shown) may be used. Then, an arbitrary sine wave signal is input to the conductive wire 2 from the vector network analyzer, and the phase characteristics and the amplitude characteristics of the sine wave signal and the reflected wave obtained from the conductive wire 2 are measured. By examining the transfer characteristics with respect to the transmission path loss, propagation delay time, and the like, it is possible to estimate the position and the like of the fault point 2 b occurring in the conductive wire 2.

【0061】次に、TDR測定方法を実際の構造物に適
用した場合の例を第一および第二の実施の形態として説
明する。 [第一の実施の形態]図3に示すものは、本実施の形態
における構造部材の健全性モニタリングセンサーM
1を、鉄筋コンクリート製の基礎杭10に対して適用し
た場合の例を示す図である。このうち、図3(a)は、
基礎杭10および構造部材の健全性モニタリングセンサ
ーM1を示す立断面図であり、(b)は、基礎杭10の
平断面図を示している。なお、図3(a)および(b)
において、図1、図2(a)および(b)と共通の構成
については、同一の符号を付すこととし、その説明を省
略する。
Next, examples in which the TDR measurement method is applied to an actual structure will be described as first and second embodiments. [First Embodiment] FIG. 3 shows a structural member health monitoring sensor M according to the present embodiment.
It is a figure which shows the example at the time of applying 1 to the foundation pile 10 made of a reinforced concrete. Among them, FIG.
A sectional elevation view showing a health monitoring sensor M 1 of the foundation pile 10 and the structural member, (b) shows a sectional plan view of a foundation pile 10. 3 (a) and 3 (b)
In FIGS. 1 and 2 (a) and 2 (b), components common to those in FIGS.

【0062】これら図中に示すように、基礎杭10は、
その長手方向の距離がL1(例えば50m)とされたも
のであり、基礎杭10の内部には、図3(a)に示す杭
頭10aから杭先端部10bに至るように一対の導電性
線材12および13が埋設されている。これら導電性線
材12および13は、所定の間隔をおいて平行に配置さ
れている。また、導電性線材12および13の外周面
は、図示しない絶縁材料(例えば、プラスチックス)に
より被覆されている。また、導体4は、基礎杭10の延
在方向がその長手方向となるように帯状に形成されたも
のであり、その材質は炭素繊維束からなるものとされて
いる。さらに、図3(b)に示すように、導電性線材1
2,13は、導体4の表面に沿って配置されている。さ
らに、ここでは、図1に示したオシロスコープ3に代え
て、オシロスコープ15が設けられている。このオシロ
スコープ15は、2つの波形を同時に表示する、いわゆ
る2現象式のものであり、第1現象の信号を入力するた
めの入力端子15aおよび第2現象の信号を入力するた
めの入力端子15bを各々有している。また、このオシ
ロスコープ15には、図示しないCPUが内蔵されてお
り、このCPUは、図1に示したオシロスコープ3に内
蔵されているCPUと同様にして、各種演算を行う。
As shown in these figures, the foundation pile 10
The distance in the longitudinal direction is L1 (for example, 50 m), and a pair of conductive wires is provided inside the foundation pile 10 from the pile head 10a to the pile tip 10b shown in FIG. 12 and 13 are buried. These conductive wires 12 and 13 are arranged in parallel at a predetermined interval. The outer peripheral surfaces of the conductive wires 12 and 13 are covered with an insulating material (not shown) (for example, plastics). The conductor 4 is formed in a band shape such that the extending direction of the foundation pile 10 is the longitudinal direction, and the material is made of a carbon fiber bundle. Further, as shown in FIG.
2 and 13 are arranged along the surface of the conductor 4. Further, here, an oscilloscope 15 is provided instead of the oscilloscope 3 shown in FIG. The oscilloscope 15 is of a so-called two-phenomenon type that simultaneously displays two waveforms, and has an input terminal 15a for inputting a signal of a first phenomenon and an input terminal 15b for inputting a signal of a second phenomenon. Each has. The oscilloscope 15 has a built-in CPU (not shown), which performs various operations in the same manner as the CPU built in the oscilloscope 3 shown in FIG.

【0063】導電性線材12は、その一端12aが、プ
ローブを介して信号発生器1およびオシロスコープ15
の入力端子15aに接続された構成とされ、また、導電
性線材13は、その一端13aが、オシロスコープ15
の入力端子15bに接続されている。
One end 12a of the conductive wire 12 is connected to the signal generator 1 and the oscilloscope 15 via a probe.
The conductive wire 13 has one end 13 a connected to the oscilloscope 15.
Is connected to the input terminal 15b.

【0064】この構造部材の健全性モニタリングセンサ
ーM1の動作は以下のようになる。今、図3(b)に示
す導電性線材12において、一端12a(杭頭10a)
より下方向へ距離L2(例えば35m)隔てた障害点1
2bで損傷が発生しているものとする。ここに、障害点
12bにおける損傷は、基礎杭10に対して引張荷重等
が加えられた結果、障害点12b近傍の基礎杭10に亀
裂、ひび割れ、破損等の損傷Hが生じ、この損傷Hに伴
い発生したものである。
[0064] Operation of the health monitoring sensors M 1 of the structural member is as follows. Now, in the conductive wire 12 shown in FIG. 3B, one end 12a (pile head 10a)
Obstacle point 1 separated by a distance L2 (for example, 35 m) further downward
It is assumed that damage has occurred in 2b. Here, as for the damage at the failure point 12b, as a result of a tensile load or the like being applied to the foundation pile 10, damage H such as a crack, a crack or breakage occurs in the foundation pile 10 near the failure point 12b. It has occurred with it.

【0065】この状態において、図3(b)に示すパル
ス信号発生器1より、パルス信号Si(図4(b)参
照)が導電性線材12の一端12aへプローブを介して
出力されると、パルス信号Siは、他端12c方向へ向
けて導電性線材12を伝搬する。そして、パルス信号S
iの一部は、図4(a)に示す障害点12bにより反射
され、反射信号Sri1(図2(b)参照)として、一
端12aへ向けて伝搬する。一方、パルス信号Siの残
りは、他端12cにより反射され、反射信号Sri2
(図2(b)参照)として一端12aへ向けて伝搬す
る。
In this state, when a pulse signal Si (see FIG. 4B) is output from the pulse signal generator 1 shown in FIG. 3B to one end 12a of the conductive wire 12 via a probe, The pulse signal Si propagates through the conductive wire 12 toward the other end 12c. And the pulse signal S
Part of i is reflected by the fault point 12b shown in FIG. 4A, and propagates toward the one end 12a as a reflected signal Sri1 (see FIG. 2B). On the other hand, the rest of the pulse signal Si is reflected by the other end 12c, and the reflected signal Sri2
The light propagates toward one end 12a (see FIG. 2B).

【0066】これにより、導電性線材12の一端12a
からは、反射信号Sri1と反射信号Sri2とが重畳
された反射信号Sri3(図4(c)参照)が出力され
る。なお、図4(c)においては、反射信号Sri2に
対応する部分の図示が省略されている。そして、この反
射信号Sri3は、入力端子15aからオシロスコープ
15に入力される。この結果、オシロスコープ15に
は、図4(c)に示す反射信号Sri3の波形が表示さ
れる。この図において、部分Eは、図4(b)に示す反
射信号Sri1に対応する部分である。
Thus, one end 12a of the conductive wire 12
Outputs a reflection signal Sri3 (see FIG. 4C) in which the reflection signal Sri1 and the reflection signal Sri2 are superimposed. In FIG. 4C, a portion corresponding to the reflection signal Sri2 is not shown. Then, the reflection signal Sri3 is input to the oscilloscope 15 from the input terminal 15a. As a result, the oscilloscope 15 displays the waveform of the reflected signal Sri3 shown in FIG. In this figure, a portion E is a portion corresponding to the reflection signal Sri1 shown in FIG.

【0067】次に、オシロスコープ15に内蔵されてい
るCPU(図示略)は、図4(c)に示すパルス信号S
iと部分Eとの間の伝搬遅延時間tdを求める。ここ
で、図4(a)に示す一端12aから障害点12bまで
の距離L2は、上記伝搬遅延時間をt d、導電性線材1
2における反射信号Sri1の伝搬速度をvp(≒光速
c)とすると次の(1)式で表される。 L2=td・vp/2 ・・・・・・・・・(1)
Next, the CPU (not shown) built in the oscilloscope 15 sends the pulse signal S shown in FIG.
A propagation delay time td between i and the part E is obtained. Here, the distance L2 from the one end 12a to the fault point 12b shown in FIG.
Assuming that the propagation speed of the reflected signal Sri1 at 2 is vp (≒ speed of light c), it is expressed by the following equation (1). L2 = td.vp / 2 (1)

【0068】次いで、CPUは、上記(1)式に先ほど
求めた伝搬遅延時間td、および既値たる伝搬速度vp
を各々代入して、距離L2を求める。これにより、図3
(a)に示す導電性線材12における障害点12bの位
置が特定され、ひいては基礎杭10に発生している亀
裂、ひび割れ、破損等の箇所が特定される。
Next, the CPU calculates the propagation delay time td previously obtained from the above equation (1) and the propagation velocity vp which has already been determined.
Are respectively substituted to obtain the distance L2. As a result, FIG.
The position of the failure point 12b in the conductive wire 12 shown in (a) is specified, and the crack, crack, breakage, etc. occurring in the foundation pile 10 is specified.

【0069】また、図3(a)に示すパルス信号発生器
1より、ステップ状のパルス信号Ss(図4(d)参
照)が図4(a)に示す導電性線材12の一端12aへ
プローブを介して出力されると、パルス信号Ssの一部
は、障害点2bにより反射され、反射信号Srs1とし
て、一端2aへ向けて伝搬する。一方、パルス信号Ss
の残りは、他端2cにより反射され、反射信号Srs2
(図2(b)参照)として一端2aへ向けて伝搬する。
Further, the pulse signal generator 1 shown in FIG. 3 (a) applies a step-like pulse signal Ss (see FIG. 4 (d)) to one end 12a of the conductive wire 12 shown in FIG. 4 (a). , A part of the pulse signal Ss is reflected by the fault point 2b and propagates toward the one end 2a as a reflected signal Srs1. On the other hand, the pulse signal Ss
Are reflected by the other end 2c and the reflected signal Srs2
The light propagates toward one end 2a (see FIG. 2B).

【0070】これにより、導電性線材12の一端12a
からは、上述した反射信号Srs1と反射信号Srs2
とが重畳された、図4(e)に示す反射信号Srs3が
出力される。なお、図4(e)においては、反射信号S
rs2に対応する部分の図示が省略されている。
Thus, one end 12a of the conductive wire 12
From the above, the reflection signal Srs1 and the reflection signal Srs2 described above
Is reflected and the reflected signal Srs3 shown in FIG. 4E is output. In FIG. 4E, the reflection signal S
Illustration of a portion corresponding to rs2 is omitted.

【0071】そして、この反射信号Srs3は、入力端
子15aからオシロスコープ15に入力される。この結
果、オシロスコープ15には、図4(e)に示す反射信
号Srs3の波形が表示される。この図において、部分
Fは、図4(d)に示すパルス信号Ssの立ち上がり部
分に対応しており、部分Gは、反射信号Srs1に対応
する部分である。
The reflected signal Srs3 is input to the oscilloscope 15 from the input terminal 15a. As a result, the oscilloscope 15 displays the waveform of the reflected signal Srs3 shown in FIG. In this figure, the portion F corresponds to the rising portion of the pulse signal Ss shown in FIG. 4D, and the portion G corresponds to the reflection signal Srs1.

【0072】次いで、CPUは、図4(e)に示す部分
Fの立ち上がりから部分Gの立ち上がりまでの伝搬遅延
時間tdを求めた後、先に示した(1)式に該伝搬遅延
時間td、および既値の伝搬速度vpを各々代入して、
距離L2(図4(a)参照)を求める。
Next, the CPU calculates the propagation delay time td from the rise of the portion F to the rise of the portion G shown in FIG. 4E, and then calculates the propagation delay time td, And the existing propagation velocity vp, respectively,
The distance L2 (see FIG. 4A) is obtained.

【0073】次に、CPUは、図4(e)に示す反射信
号Srs3の波形から得られる電圧ErおよびEiに基
づいて、障害点12bの状態を次の手順で判定する。す
なわち、ここで、障害点12bにおける反射係数ρは、
パルス信号Ss(入射波)の電圧をEi(図4(e)参
照)、反射信号Srs1(反射波)の電圧をEr(図4
(e)参照)、障害点12bから他端12c側をみた導
電性線材12のインピーダンスをZ1、障害点12bが
存在しない場合において一端2aから他端2c側をみた
導電性線材2のインピーダンスをZ0とすると、次の
(2)式で表される。 ρ=Er/Ei=(Z1−Z0)/(Z1+Z0)・・・・(2)
Next, the CPU determines the state of the fault point 12b based on the voltages Er and Ei obtained from the waveform of the reflected signal Srs3 shown in FIG. That is, here, the reflection coefficient ρ at the fault point 12b is
The voltage of the pulse signal Ss (incident wave) is Ei (see FIG. 4E), and the voltage of the reflected signal Srs1 (reflected wave) is Er (FIG. 4).
(E)), the impedance of the conductive wire 12 viewed from the fault point 12b toward the other end 12c is Z1, and the impedance of the conductive wire 2 viewed from the one end 2a to the other end 2c when no fault point 12b is present is Z0. Then, it is expressed by the following equation (2). ρ = Er / Ei = (Z1−Z0) / (Z1 + Z0) (2)

【0074】まず、CPUは、図4(e)に示す反射信
号Srs3における部分Fの立ち上がりの電圧Ei、お
よび部分Gの立ち上がりの電圧Erを各々求める。次い
で、CPUは、上記電圧Eiおよび電圧Erを(2)式
に代入して、反射係数ρを求める。ここで、電圧Ei=
電圧Erなる関係があるものとすると、反射係数ρは、
1である。従って、(2)式においては、(Z1−Z
0)/(Z1+Z0)=1なる関係が成立することか
ら、CPUは、インピーダンスZ1が無限大、すなわ
ち、図3(b)に示す障害点12bが完全に断線してい
るものと判定する。
First, the CPU obtains the rising voltage Ei of the portion F and the rising voltage Er of the portion G in the reflection signal Srs3 shown in FIG. Next, the CPU substitutes the voltage Ei and the voltage Er into the equation (2) to obtain a reflection coefficient ρ. Here, the voltage Ei =
Assuming that there is a relationship of voltage Er, the reflection coefficient ρ is
It is one. Therefore, in the equation (2), (Z1-Z
Since the relationship of (0) / (Z1 + Z0) = 1 holds, the CPU determines that the impedance Z1 is infinite, that is, the fault point 12b shown in FIG. 3B is completely disconnected.

【0075】一方、障害点12bが他の導体と短絡して
いる場合や接地されている場合には、図4(e)に示す
電圧Erは、マイナス符号であってかつ電圧Eiと同レ
ベルとなる。従って、このような場合には、(2)式に
示す反射係数ρは、−1とされ、CPUは、障害点2b
が完全に短絡しているものと判定する。
On the other hand, when the fault point 12b is short-circuited with another conductor or grounded, the voltage Er shown in FIG. 4E has a minus sign and the same level as the voltage Ei. Become. Therefore, in such a case, the reflection coefficient ρ shown in the equation (2) is set to −1, and the CPU
Is determined to be completely short-circuited.

【0076】さらに、図3(b)に示す基礎杭10の障
害点12b近傍の部分にひび割れ、亀裂等が発生して、
障害点12bにおいて断線が発生した直後においては、
反射係数ρは、上述したように1をとる。すなわち、障
害点12bは、空気中に存在していると推定される。
Further, cracks, cracks, etc. occur in the portion near the fault point 12b of the foundation pile 10 shown in FIG.
Immediately after a disconnection occurs at the failure point 12b,
The reflection coefficient ρ takes 1 as described above. That is, it is estimated that the fault point 12b exists in the air.

【0077】そして、基礎杭10のひび割れ、亀裂部分
に地下水が侵入して、障害点12bが地下水で満たされ
ると、反射係数ρは、障害点2bのインピーダンスの変
化に伴って1から−1へと徐々に変化する。この反射係
数ρの変化により、CPUは、障害点12bが空気中に
あるか、または地下水中にあるかを判定する。言い換え
れば、基礎杭10の施工後、反射係数ρの変化をモニタ
リングすることにより、基礎杭10のひび割れ部分、亀
裂部分がどのような状態にあるのかを知ることができる
のである。
When the groundwater penetrates into the cracks and cracks of the foundation pile 10 and the fault point 12b is filled with the groundwater, the reflection coefficient ρ changes from 1 to −1 with a change in the impedance of the fault point 2b. And gradually change. Based on the change in the reflection coefficient ρ, the CPU determines whether the fault point 12b is in the air or underground water. In other words, by monitoring the change in the reflection coefficient ρ after the construction of the foundation pile 10, it is possible to know the state of the cracked part and the cracked part of the foundation pile 10.

【0078】また、上記反射係数ρの変化により、基礎
杭10の損傷箇所の状態を判定する場合には、実験等に
より反射係数ρの変化と基礎杭10の損傷箇所の状態と
の関係を表すデータを図示しないメモリに記憶しておけ
ばよい。この場合、CPUは、実際に得られる反射係数
ρをメモリに記憶されているデータに適用することによ
り、基礎杭10の損傷箇所の状態を判定する。
When the state of the damaged portion of the foundation pile 10 is determined based on the change of the reflection coefficient ρ, the relationship between the change of the reflection coefficient ρ and the state of the damaged portion of the foundation pile 10 is shown by an experiment or the like. The data may be stored in a memory (not shown). In this case, the CPU determines the state of the damaged portion of the foundation pile 10 by applying the actually obtained reflection coefficient ρ to the data stored in the memory.

【0079】さらに、この構造部材の健全性モニタリン
グセンサーM1においては、障害Hによって導電性線材
12と導電性線材13とが短絡しているか否かの判断も
行うことができる。ここに、短絡とは、物理的な接触は
もとより、インピーダンスの不整合が生じていることを
いう。従って、導電性線材12と導電性線材13とが物
理的に接触していない場合であっても、インピーダンス
の不整合が発生しているときには、電磁誘導作用によ
り、導電性線材12と導電性線材13とが電気的に結合
される。以下、短絡の定義については、同様とする。
Further, in the structural member health monitoring sensor M 1 , it can be determined whether or not the conductive wire 12 and the conductive wire 13 are short-circuited due to the fault H. Here, the short-circuit means not only physical contact but also impedance mismatch. Therefore, even when the conductive wire 12 and the conductive wire 13 are not in physical contact with each other, when the impedance mismatch occurs, the conductive wire 12 and the conductive wire 13 are electrically coupled. Hereinafter, the definition of a short circuit is the same.

【0080】今、導電性線材12において障害点12b
が存在しており、なおかつ、導電性線材12および13
は、短絡していないものとする。この状態において、信
号発生器1より、パルス信号Siまたはパルス信号Ss
が出力されると、先に説明した動作と同様にして、オシ
ロスコープ15の入力端子15aには、反射信号Sri
3または反射信号Srs3が入力される。このとき、オ
シロスコープ15の入力端子15bには、いずれの信号
も入力されない。
Now, in the conductive wire 12, a failure point 12b
And the conductive wires 12 and 13
Is not short-circuited. In this state, the signal generator 1 outputs the pulse signal Si or the pulse signal Ss
Is output to the input terminal 15a of the oscilloscope 15 in the same manner as the operation described above.
3 or the reflection signal Srs3 is input. At this time, no signal is input to the input terminal 15b of the oscilloscope 15.

【0081】これにより、オシロスコープ15のCPU
は、前述した動作と同様にして、障害点12bの位置を
特定するとともに、(2)式を用いて反射係数ρを求め
た後、障害点12bの状態、すなわち基礎杭10の損傷
状態を判定する。
Thus, the CPU of the oscilloscope 15
Determines the position of the failure point 12b, determines the reflection coefficient ρ using the equation (2), and determines the state of the failure point 12b, that is, the damage state of the foundation pile 10 in the same manner as the above-described operation. I do.

【0082】一方、基礎杭10に発生した損傷が多大な
ものであり、図3に示す障害点Hにおいて導電性線材1
2と導電性線材13とが短絡しているものとする。この
状態において、信号発生器1よりパルス信号Siが出力
されると、パルス信号Siは、導電性線材12の一端1
2aから他端12cへ向けて伝搬する。そして、パルス
信号Siの一部は、障害点Hにより反射され、反射信号
Sri1(図2(b)参照)として、一端12aへ向け
て伝搬するとともに、導電性線材13の一端13aへ向
けて伝搬する。
On the other hand, the damage caused to the foundation pile 10 is enormous, and the conductive wire 1 at the failure point H shown in FIG.
2 and the conductive wire 13 are short-circuited. In this state, when the pulse signal Si is output from the signal generator 1, the pulse signal Si is output from one end 1 of the conductive wire 12.
It propagates from 2a to the other end 12c. Then, a part of the pulse signal Si is reflected by the fault point H and propagates toward the one end 12a as the reflected signal Sri1 (see FIG. 2B) and also propagates toward the one end 13a of the conductive wire 13. I do.

【0083】これにより、導電性線材12の一端12a
からは、反射信号Sri3がオシロスコープ15の入力
端子15aへ出力されるとともに、導電性線材13の一
端13aからは、反射信号Sri3’が、オシロスコー
プ15の入力端子15bへ出力される。
Thus, one end 12a of the conductive wire 12
, The reflected signal Sri3 is output to the input terminal 15a of the oscilloscope 15, and from one end 13a of the conductive wire 13, the reflected signal Sri3 'is output to the input terminal 15b of the oscilloscope 15.

【0084】この結果、オシロスコープ15には、反射
信号Sri3および反射信号Sri3’の各波形が表示
される。また、オシロスコープ15のCPUは、上述し
た動作と同様にして、障害点Hの位置を特定するととも
に、反射信号Sri3’が入力されていることから、障
害点Hにおいて短絡(インピーダンスの不整合)が発生
しているものと判定する。
As a result, the oscilloscope 15 displays the waveforms of the reflected signal Sri3 and the reflected signal Sri3 '. In addition, the CPU of the oscilloscope 15 specifies the position of the fault point H in the same manner as the above-described operation, and since the reflection signal Sri3 ′ is input, a short circuit (impedance mismatch) occurs at the fault point H. It is determined that it has occurred.

【0085】また、パルス信号発生器1より、ステップ
状のパルス信号Ss(図4(d)参照)が導電性線材1
2の一端12aへプローブを介して出力されると、パル
ス信号Ssの一部は、障害点Hにより反射される。これ
により、入力端子15aおよび入力端子15bには、反
射信号Srs3および反射信号Srs3’が各々入力さ
れ、オシロスコープ15には、上記反射信号Srs3お
よび反射信号Srs3’の各波形が表示される。
The pulse signal generator 1 generates a step-like pulse signal Ss (see FIG. 4D) from the conductive wire 1.
When the pulse signal Ss is output to one end 12a of the second through the probe, a part of the pulse signal Ss is reflected by the fault point H. As a result, the reflected signal Srs3 and the reflected signal Srs3 'are input to the input terminals 15a and 15b, respectively, and the oscilloscope 15 displays the respective waveforms of the reflected signal Srs3 and the reflected signal Srs3'.

【0086】次いで、CPUは、反射信号Srs3より
得られる電圧Eiおよび電圧Er(図4(e)参照)お
よび(2)式に基づいて、前述した手順により反射係数
ρを求めるとともに、障害点Hの位置を特定する。ここ
で、今の場合、障害点Hにおいて短絡(インピーダンス
の不整合)が発生しているため、上記電圧Erの符号
は、マイナスである。従って、反射係数ρは、−1であ
る。
Next, the CPU obtains the reflection coefficient ρ by the above-described procedure based on the voltage Ei and the voltage Er (see FIG. 4E) obtained from the reflection signal Srs3 and the equation (2), and obtains the fault point H Identify the location of Here, in this case, since a short circuit (impedance mismatch) occurs at the fault point H, the sign of the voltage Er is negative. Therefore, the reflection coefficient ρ is −1.

【0087】さらに、以上説明したような、パルス信号
SiおよびSsによる障害点12bの位置の特定、また
は、障害点12bにおけるひび割れ状況の把握を行うに
際して、導体4は、導電性線材12,13のインピーダ
ンスの変化を増幅させるように作用することから、例え
ば、導電性線材12,13に直接損傷が生じなくとも、
導電性線材12,13近傍にひび割れ等が生じれば、こ
れが導電性線材12および13におけるインピーダンス
の不整合として観測されることとなり、これにより、ひ
び割れ等の観測範囲の広域化が図れられることとなる。
また、微小なひび割れ等によっても、導電性線材12お
よび13におけるインピーダンスの不整合が観測されや
すくなることから、モニタリングの精度の向上を図るこ
とができる。
Further, as described above, when specifying the position of the fault point 12b using the pulse signals Si and Ss or grasping the state of cracks at the fault point 12b, the conductor 4 is connected to the conductive wires 12 and 13. By acting to amplify the change in impedance, for example, even if the conductive wires 12, 13 are not directly damaged,
If cracks or the like are generated in the vicinity of the conductive wires 12 and 13, these will be observed as impedance mismatches in the conductive wires 12 and 13, thereby increasing the observation range of the cracks and the like. Become.
In addition, even if minute cracks or the like occur, impedance mismatch between the conductive wires 12 and 13 can be easily observed, so that monitoring accuracy can be improved.

【0088】さらに、導電性線材12,13に沿って導
体4を配置することにより、導体4を配置しない場合に
比べて、導電性線材12,13間のインピーダンスに対
するコンクリートの影響を相対的に減少させることがで
きる。したがって、基礎杭10を構成するコンクリート
中の水分量の違いにより導電性線材12,13間におい
て測定されるインピーダンスが受ける影響を低減するこ
とができる。また、導体4により、基礎杭10中に配置
された鉄筋等から導電性線材12,13間のインピーダ
ンスが受ける影響を相対的に減少させることができ、よ
り精度の高いモニタリングが可能となる。
Further, by arranging the conductor 4 along the conductive wires 12 and 13, the effect of concrete on the impedance between the conductive wires 12 and 13 is relatively reduced as compared with the case where the conductor 4 is not arranged. Can be done. Therefore, the influence of the impedance measured between the conductive wires 12 and 13 due to the difference in the amount of water in the concrete constituting the foundation pile 10 can be reduced. In addition, the conductor 4 can relatively reduce the influence of the impedance between the conductive wires 12 and 13 from the reinforcing bars and the like arranged in the foundation pile 10, thereby enabling more accurate monitoring.

【0089】また、このような、パルス信号Siおよび
Ssによる障害点12bの位置の特定、または、障害点
12bにおけるひび割れ状況の把握に加えて、テスタ7
において観測される導体4の抵抗値の変化を参照して、
測定精度を向上させることができる。すなわち、導体4
に圧縮荷重、引張荷重が作用した際の抵抗値の変化をあ
らかじめ調べておき、実際にテスタ7において導体4の
抵抗値の変化が観測された際には、これを参照して導体
4に引張あるいは圧縮荷重のいずれかが作用しているか
を判断することができ、これにより、例えば、導電性線
材12における障害点12bが、引張あるいは圧縮によ
って生じたものであるか等を判断することもできる。
Further, in addition to specifying the position of the fault point 12b by the pulse signals Si and Ss or grasping the state of the crack at the fault point 12b, the tester 7
With reference to the change in the resistance value of the conductor 4 observed at
Measurement accuracy can be improved. That is, the conductor 4
A change in resistance value when a compressive load or a tensile load is applied to the tester 7 is checked in advance, and when a change in the resistance value of the conductor 4 is actually Alternatively, it is possible to determine whether any of the compressive loads is acting, and thereby it is also possible to determine, for example, whether the failure point 12b in the conductive wire 12 is caused by tension or compression. .

【0090】以上図面を参照して本発明の第一の実施の
形態における構造部材の健全性モニタリングセンサーM
1について詳述してきたが、本発明は、この実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、設計の一部等について、他の構成を採用するよ
うにしてもよい。
With reference to the drawings, a structural member soundness monitoring sensor M according to the first embodiment of the present invention will be described.
Although the first embodiment has been described in detail, the present invention is not limited to this embodiment, and a part of a design or the like may be configured to adopt another configuration without departing from the gist of the present invention. Is also good.

【0091】例えば、上述した構造部材の健全性モニタ
リングセンサーM1においては、導電性線材12および
13の形状は、図5(a)に示すように互いに平行に所
定の間隔をおいて配置された構成とされていたが、これ
らを(b)に示すように、より線としたものを用いるよ
うにしてもよい。また、上述の構造部材の健全性モニタ
リングセンサーM1においては、図6(a)に示すよう
に、導電性線材12,13が導体4の表面に沿って配置
された構成とされていたが、その代わりに、例えば、導
電性線材12,13を同軸ケーブル状に配置する、さら
には、図6(b)に示すように、これら導電性線材1
2,13および導体4を同軸ケーブル状に形成すること
により、導体4の内部に導電性線材12,13が配置さ
れるような構成としてもよい。また、それとは逆に、図
6(c)に示すように、導体4の外部に対して導電性線
材12,13が巻き付くような構成とするようにしても
よい。さらに、導電性線材12,13を一つの組とし
て、導体4の断面が比較的大きいときには、これら導電
性線材12,13を複数組配置するようにしてもよい。
[0091] For example, in the health monitoring sensors M 1 of the above-mentioned structural members, the shape of the conductive wires 12 and 13 are arranged with a predetermined gap in parallel to each other as shown in FIG. 5 (a) Although the configuration has been described, it is also possible to use a twisted line as shown in FIG. Further, in the above-described soundness monitoring sensor M 1 of the structural member, as shown in FIG. 6A, the conductive wires 12 and 13 are arranged along the surface of the conductor 4. Instead, for example, the conductive wires 12 and 13 are arranged in a coaxial cable shape. Further, as shown in FIG.
By forming the conductors 2 and 13 and the conductor 4 in a coaxial cable shape, the conductive wires 12 and 13 may be arranged inside the conductor 4. Conversely, as shown in FIG. 6C, the conductive wires 12 and 13 may be wound around the outside of the conductor 4. Further, when the conductive wires 12 and 13 are one set and the cross section of the conductor 4 is relatively large, a plurality of sets of the conductive wires 12 and 13 may be arranged.

【0092】さらに、導電性線材12および13として
は、次に列挙するものを用いてもよい。 (a) より線あるいは極細線の集合体を中心導体とし
た単線状のもので、絶縁性の高いプラスチックス(誘電
体材料)により被覆されたもの。例えば、絶縁された銅
などの導電性を有する金属のより線の外周縁部を絶縁し
たものなど。
Further, as the conductive wires 12 and 13, the following ones may be used. (A) A single wire having an aggregate of stranded or extra fine wires as a central conductor, and covered with plastics (dielectric material) having high insulating properties. For example, a conductive metal such as insulated copper in which the outer peripheral edge of a stranded wire is insulated.

【0093】(b) 絶縁性の高いプラスチックス(誘
電体材料)により被覆された口径0.2mm以下の単線、
例えば、径がおおむね0.05〜0.1mmで、かつ、ポリエチ
レンやウレタン等で被覆された銅の金属細線など。
(B) a single wire having a diameter of 0.2 mm or less covered with plastics (dielectric material) having high insulation properties;
For example, a thin copper metal wire having a diameter of about 0.05 to 0.1 mm and coated with polyethylene, urethane, or the like.

【0094】(c) 絶縁性の高いプラスチックス(誘
電体材料)により被覆された幅が狭く、長手方向に延伸
した(帯状の)箔材。例えば、絶縁された銅などの導電
性を有する金属の箔。
(C) A narrow (long band) foil material elongated in the longitudinal direction and covered with plastics (dielectric material) having high insulating properties. For example, conductive metal foil such as insulated copper.

【0095】また、導体4としては、次に列挙するもの
を用いることができる。 (d) 炭素の長繊維を束ねたもの(炭素繊維束)。ま
た、炭素繊維束を中心導体として絶縁性の高いプラスチ
ックス(誘電体材料)で被覆したもの。 (e) 炭素繊維(CF)の補強材とエポキシ樹脂とか
らなる強化プラスチックス(RP)のうち、引き抜き成
形方法でロッド状に加工したもの(CFRP)。 (f) 炭素繊維(CF)とガラス繊維(GF)とがそ
れぞれ束ねられてなる繊維束の補強材と、エポキシ、ビ
ニルエステルなどの樹脂とからなる強化プラスチックス
(RP)の成形体(CFGFRP)。 (g) 導電性粉末を分散、硬化させることにより得ら
れる導電性の高いプラスチックスの形成体。ここで、導
電性粉末としては、例えば、炭素(カーボンブラックや
黒鉛の)粉末や、炭化チタンや窒化チタン等のセラミッ
ク粉末が用いられる。 (h) 導電性粉末を分散、硬化させることにより得ら
れる導電性の高いモルタルの形成体。ここで、導電性粉
末としては、(g)と同様とする。
The following can be used as the conductor 4. (D) A bundle of carbon long fibers (carbon fiber bundle). In addition, a carbon fiber bundle is used as a central conductor covered with plastics (dielectric material) having high insulation properties. (E) Reinforced plastics (RP) composed of a carbon fiber (CF) reinforcing material and an epoxy resin, and processed into a rod shape by a drawing method (CFRP). (F) A molded body (CFGFRP) of reinforced plastics (RP) composed of a fiber bundle reinforcing material in which carbon fibers (CF) and glass fibers (GF) are bundled, respectively, and a resin such as epoxy or vinyl ester. . (G) A formed body of highly conductive plastics obtained by dispersing and curing a conductive powder. Here, as the conductive powder, for example, carbon (carbon black or graphite) powder or ceramic powder such as titanium carbide or titanium nitride is used. (H) A highly conductive mortar formed by dispersing and curing a conductive powder. Here, the conductive powder is the same as (g).

【0096】さらに、上記実施の形態において、導電性
線材12,13のいずれか一方と導体4との間におい
て、短絡が生じているか否かの測定を行うようにしても
よい。これにより、モニタリングの精度をより向上させ
ることが可能である。
Further, in the above embodiment, whether or not a short circuit has occurred between one of the conductive wires 12 and 13 and the conductor 4 may be measured. Thereby, the accuracy of monitoring can be further improved.

【0097】[第二の実施の形態]図7に示すものは、
本発明の第二の実施の形態における構造部材の健全性モ
ニタリングセンサーM2の概要を示す図である。なお、
この図において、図3において示したものと同様の構成
については、同一の符号を付すこととし、その説明を省
略する。
[Second Embodiment] The one shown in FIG.
Is a diagram showing an overview of health monitoring sensors M 2 of the structural member of the second embodiment of the present invention. In addition,
In this figure, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0098】この実施の形態においては、図3における
導電性線材12,13の代わりに、導電性線材18が設
けられている。導電性線材18は、図中に示すように、
その中央部が折り曲げられた略U字状に形成されてお
り、その一端18aおよび他端18bが基礎杭10の杭
頭10a側に配置されるとともに、中央部が杭先端部1
0bに至るように配置されている。また、導体4は、帯
状に形成されて導電性線材18に沿うように設けられ、
なおかつ、基礎杭10の杭頭10aから杭先端部10b
までに至るように配置されている。また、導電性線材1
8は、その一端18aがプローブを介して信号発生器1
およびオシロスコープ15の入力端子15aに接続され
ており、他端18bは、オシロスコープ15の入力端子
15bに接続されている。
In this embodiment, a conductive wire 18 is provided instead of the conductive wires 12 and 13 in FIG. As shown in the figure, the conductive wire 18
The central portion is formed in a bent substantially U-shape, one end 18a and the other end 18b are arranged on the pile head 10a side of the foundation pile 10, and the central portion is the pile tip 1
0b. The conductor 4 is formed in a band shape and provided along the conductive wire 18.
In addition, from the pile head 10a of the foundation pile 10 to the pile tip 10b
It is arranged to reach. In addition, conductive wire 1
8 is a signal generator 1 whose one end 18a is connected via a probe.
The other end 18b is connected to the input terminal 15b of the oscilloscope 15.

【0099】上記構成において、今、基礎杭10(導電
性線材18)に損傷等が発生していないものとする。こ
の状態において、信号発生器1よりパルス信号Siまた
はパルス信号Ssが出力されると、該パルス信号Siま
たはパルス信号Ssは、導電性線材18を伝搬した後、
オシロスコープ15の入力端子15bに入力される。一
方、入力端子15aにも、パルス信号Siまたはパルス
信号Ssが入力される。
In the above configuration, it is assumed that the foundation pile 10 (conductive wire 18) is not damaged or the like. In this state, when the pulse signal Si or the pulse signal Ss is output from the signal generator 1, the pulse signal Si or the pulse signal Ss propagates through the conductive wire 18,
The signal is input to the input terminal 15b of the oscilloscope 15. On the other hand, the pulse signal Si or the pulse signal Ss is also input to the input terminal 15a.

【0100】これにより、オシロスコープ15には、同
一波形たるパルス信号Siまたはパルス信号Ssが2現
象分表示される。この結果、CPUは、同一波形がわず
かな時間遅れをもってオシロスコープ15に表示されて
いるため、基礎杭10(導電性線材18)に損傷等が発
生していないものと判定する。
As a result, the pulse signal Si or the pulse signal Ss having the same waveform is displayed on the oscilloscope 15 for two phenomena. As a result, since the same waveform is displayed on the oscilloscope 15 with a slight time delay, the CPU determines that the foundation pile 10 (conductive wire 18) is not damaged or the like.

【0101】一方、今、導電性線材18において、基礎
杭10の損傷により障害点18cが存在しているものと
する。この状態において、信号発生器1よりパルス信号
Siまたはパルス信号Ssが出力されると、該パルス信
号Siまたはパルス信号Ssは、導電性線材18の一端
18aから他端18bへ向けて伝搬する。そして、パル
ス信号Siまたはパルス信号Ssの一部は、障害点18
cにより、反射信号Sri1または反射信号Srs1と
してオシロスコープ15の入力端子15aに入力され
る。
On the other hand, it is assumed that a fault 18c is present in the conductive wire 18 due to damage to the foundation pile 10. In this state, when the pulse signal Si or the pulse signal Ss is output from the signal generator 1, the pulse signal Si or the pulse signal Ss propagates from one end 18a of the conductive wire 18 to the other end 18b. Then, part of the pulse signal Si or the pulse signal Ss
By c, the signal is input to the input terminal 15a of the oscilloscope 15 as the reflection signal Sri1 or the reflection signal Srs1.

【0102】他方、パルス信号Siまたはパルス信号S
sの残りは、導電性線材18の障害点18cを透過し
て、透過信号Sti1または透過信号Sts1として、
他端18bを介してオシロスコープ15の入力端子15
bに入力される。
On the other hand, the pulse signal Si or the pulse signal S
The remainder of s passes through the fault point 18c of the conductive wire 18 and becomes a transmission signal Sti1 or a transmission signal Sts1.
The input terminal 15 of the oscilloscope 15 via the other end 18b
b.

【0103】この結果、オシロスコープ15には、反射
信号Sri1または反射信号Srs1、および透過信号
Sti1または透過信号Sts1の各波形が表示され
る。これにより、CPUは、反射信号Sri1(または
反射信号Srs1)と透過信号Sti1(または透過信
号Sts1)とのレベル比より、障害点18c(基礎杭
10)の状態を判定する。
As a result, the oscilloscope 15 displays the respective waveforms of the reflection signal Sri1 or the reflection signal Srs1, and the transmission signal Sti1 or the transmission signal Sts1. Accordingly, the CPU determines the state of the fault point 18c (the foundation pile 10) from the level ratio between the reflection signal Sri1 (or the reflection signal Srs1) and the transmission signal Sti1 (or the transmission signal Sts1).

【0104】すなわち、CPUは、透過信号Sti1
(または透過信号Sts1)がゼロである場合、障害点
18cが完全に断線しているものと判定する。一方、C
PUは、反射信号Sri1(または反射信号Srs1)
のレベルが、透過信号Sti1(または透過信号Sts
1)のレベルより大きい場合、障害点18cの損傷等が
大きいものと判定し、また、この逆の場合、障害点18
cの損傷が小さいものと判定する。
That is, the CPU sets the transmission signal Sti1
If (the transmission signal Sts1) is zero, it is determined that the fault point 18c is completely disconnected. On the other hand, C
PU is the reflection signal Sri1 (or the reflection signal Srs1)
Is the transmission signal Sti1 (or the transmission signal Sts).
If the level is larger than the level of 1), it is determined that the damage of the fault point 18c is large, and if the opposite is true, the fault point 18c is determined.
It is determined that the damage of c is small.

【0105】さらに、この際、導電性線材18に沿って
導体4が配置されるために、パルス信号SiおよびSs
による障害点18cの位置の特定、または、障害点18
cにおけるひび割れ状況の把握を行うに際して、導体4
により上記第一の実施の形態と同様の作用・効果が得ら
れることとなり、これにより、精度の高いモニタリング
が可能となる。
At this time, since the conductor 4 is arranged along the conductive wire 18, the pulse signals Si and Ss
The position of the failure point 18c by using
When grasping the state of cracks in c, the conductor 4
As a result, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained, thereby enabling highly accurate monitoring.

【0106】また、それに加えて、テスタ7において観
測される導体4の抵抗値の変化により、導体4に引張あ
るいは圧縮荷重のいずれかが作用しているかを判断する
こととすれば、より精度の高い計測が可能となる。
In addition to this, if it is determined whether a tensile load or a compressive load is acting on the conductor 4 based on a change in the resistance value of the conductor 4 observed in the tester 7, more accurate accuracy can be obtained. High measurement is possible.

【0107】なお、この第二の実施の形態における導電
性線材18および導体4としては、上記第一の実施の形
態において(a)ないし(c)項および(d)ないし
(h)項に示したものと同様のものを用いることができ
る。また、この第二の実施の形態において、導電性線材
18には、図5(c)に示すような形状のものが用いら
れているが、その代わりに、(d)に示すような、より
線状のものを用いるようにしても構わない。さらに、こ
の第二の実施の形態においては、図6(a)に示すよう
に、導電性線材18が導体4の表面に沿って配置された
構成とされていたが、その代わりに、例えば、図6
(b)に示すように、これら導電性線材18および導体
4を同軸ケーブル状に形成することにより、導体4の内
部に導電性線材18が配置される構成としてもよい。ま
た、それとは逆に、図6(c)に示すように、導体4に
対して導電性線材18が巻き付くような構成とするよう
にしてもよい。さらに、導電性線材18に比較して導体
4の断面が大きいときには、これら導電性線材18を複
数配置するようにしてもよい。
The conductive wires 18 and the conductors 4 in the second embodiment are shown in (a) to (c) and (d) to (h) in the first embodiment. Can be used. In the second embodiment, the conductive wire 18 has a shape as shown in FIG. 5C, but instead has a shape as shown in FIG. 5D. A linear shape may be used. Further, in the second embodiment, as shown in FIG. 6A, the conductive wire 18 is arranged along the surface of the conductor 4, but instead, for example, FIG.
As shown in (b), by forming the conductive wire 18 and the conductor 4 into a coaxial cable shape, the conductive wire 18 may be arranged inside the conductor 4. Conversely, as shown in FIG. 6C, the conductive wire 18 may be wound around the conductor 4. Further, when the cross section of the conductor 4 is larger than that of the conductive wire 18, a plurality of the conductive wires 18 may be arranged.

【0108】また、この第二の実施の形態において、導
電性線材18と導体4との間において短絡が生じている
か否かの測定を、第一の実施の形態において示した方法
と同様の手順で行うようにしてもよい。これにより、モ
ニタリングの精度をさらに向上させることが可能であ
る。
In the second embodiment, the measurement as to whether or not a short circuit has occurred between the conductive wire 18 and the conductor 4 is performed in the same manner as in the method described in the first embodiment. May be performed. Thereby, the accuracy of monitoring can be further improved.

【0109】以上説明したように、上述した第一および
第二の実施の形態による構造部材の健全性モニタリング
センサーM1,M2においては、基礎杭10が弾性ひずみ
をわずかに上回る範囲内で引張荷重等を受けた後、元の
状態に戻ったとしても、上記のひずみを受けた時点で導
電性線材12,13または18の炭素繊維束の一部に破
断が生じる。従って、第一および第二の実施の形態によ
る構造部材の健全性モニタリングセンサーM1,M2によ
れば、上述のような場合であっても、過去の基礎杭に対
して引張荷重等が加えられたか否かを判定することがで
きる。言い換えれば、第一および第二の実施の形態によ
る構造部材の健全性モニタリングセンサーM1,M2によ
れば、基礎杭10の損傷状況を連続的にモニタリングす
ることができるという効果を得ることができる。また、
これら第一および第二の実施の形態による構造部材の健
全性モニタリングセンサーM1,M2によれば、従来の光
ファイバに代えて、導電性線材12,13または18を
用いているため、基礎杭10がコンクリートである場合
にも耐久性を有するものとなる。また、これら第一およ
び第二の実施の形態による構造部材の健全性モニタリン
グセンサーM1,M2によれば、従来のもののように、導
電性線材の中間点に複数の端子を設けることなく、低コ
ストでかつ簡易な構成により基礎杭10の損傷箇所を特
定することができる。
As described above, in the structural member soundness monitoring sensors M 1 and M 2 according to the first and second embodiments described above, the foundation pile 10 is pulled within a range slightly exceeding the elastic strain. Even after returning to the original state after receiving a load or the like, a part of the carbon fiber bundle of the conductive wire 12, 13, or 18 is broken at the time of receiving the above strain. Therefore, according to the structural member health monitoring sensors M 1 and M 2 according to the first and second embodiments, even in the case described above, a tensile load or the like is applied to the past foundation pile. Can be determined. In other words, according to the structural member soundness monitoring sensors M 1 and M 2 according to the first and second embodiments, it is possible to obtain an effect that the damage state of the foundation pile 10 can be continuously monitored. it can. Also,
According to the structural member health monitoring sensors M 1 and M 2 according to the first and second embodiments, since the conductive wire 12, 13 or 18 is used instead of the conventional optical fiber, Even when the pile 10 is made of concrete, the pile 10 has durability. Further, according to the structural member soundness monitoring sensors M 1 and M 2 according to the first and second embodiments, unlike the conventional one, a plurality of terminals are not provided at an intermediate point of the conductive wire rod. The damaged portion of the foundation pile 10 can be specified by a low-cost and simple configuration.

【0110】以上は、TDR測定方法を応用した場合の
構造部材の健全性モニタリングセンサーの概要であった
が、次に、VNA(Vector Network Analyser)測定方
法の原理を応用して構造部材の健全性のモニタリングを
行う場合の例を、第三ないし第五の実施の形態として説
明する。
The above is the outline of the structural member soundness monitoring sensor when the TDR measuring method is applied. Next, the soundness of the structural member is applied by applying the principle of the VNA (Vector Network Analyzer) measuring method. An example in which monitoring is performed will be described as third to fifth embodiments.

【0111】[第三の実施の形態]次に、本発明の第三
の実施の形態による構造部材の健全性モニタリングセン
サーM3の概要について図8を参照して説明する。な
お、この図において、図3の各部と同一の構成について
は、同一の符号を付しその説明を省略することとする。
図8において示す構造部材の健全性モニタリングセン
サーM3においては、図3(a)に示す信号発生器1お
よびオシロスコープ15に代えて、ネットワークアナラ
イザ30、パワースプリッタ31が設けられている。
[0111] [Third Embodiment] Next, a description is given of a third overview of the health monitoring sensors M 3 of the structural member according to an embodiment of the present invention with reference to FIG. In this figure, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
In health monitoring sensor M 3 of the structural member shown in FIG. 8, instead of the signal generator 1 and the oscilloscope 15 shown in FIG. 3 (a), the network analyzer 30, the power splitter 31 is provided.

【0112】図8において、ネットワークアナライザ3
0は、5Hz〜数十GHzの信号解析が可能な測定機器
であり、後述する高周波信号Shを出力するとともに、
入力される高周波信号Sh1および反射信号Sr,S
r’に基づいて、導電性線材12,13(基礎杭4)の
状態を判定する機能等を有している。具体的には、ネッ
トワークアナライザ30は、高周波信号Sh1および反
射信号Sr,Sr’の位相特性および周波数領域におけ
る振幅特性を求め、これらに基づいて、伝送路の損失や
信号の伝搬遅延時間等を求める等の機能を有している。
In FIG. 8, the network analyzer 3
Reference numeral 0 denotes a measuring device capable of analyzing a signal of 5 Hz to several tens of GHz, and outputs a high-frequency signal Sh to be described later.
High frequency signal Sh1 and reflected signals Sr, S input
It has a function to determine the state of the conductive wires 12, 13 (foundation pile 4) based on r '. Specifically, the network analyzer 30 obtains the phase characteristics and the amplitude characteristics in the frequency domain of the high-frequency signal Sh1 and the reflected signals Sr and Sr ', and obtains the transmission line loss and the signal propagation delay time based on these. And so on.

【0113】このネットワークアナライザ30は、1つ
の出力端子30a、3つの入力端子30b、30cおよ
び30dを有している。出力端子30aからは、高周波
信号Shが出力される。また、入力端子30bには、高
周波信号Sh1および反射信号Srが入力される。さら
に、入力端子30cは、導電性線材13の一端13aに
対して接続されており、導電性線材13からの反射波S
r’が入力される。なお、この実施の形態において、ネ
ットワークアナライザ30の入力端子30dには、いず
れも信号も入力されない。また、ネットワークアナライ
ザ30の動作の詳細については、後述する。
This network analyzer 30 has one output terminal 30a and three input terminals 30b, 30c and 30d. A high frequency signal Sh is output from the output terminal 30a. Further, the high frequency signal Sh1 and the reflection signal Sr are input to the input terminal 30b. Further, the input terminal 30 c is connected to one end 13 a of the conductive wire 13, and the reflected wave S
r 'is input. In this embodiment, no signal is input to the input terminal 30d of the network analyzer 30. The details of the operation of the network analyzer 30 will be described later.

【0114】パワースプリッタ31は、入力される高周
波信号Shを高周波信号Sh1と高周波信号Sh2とに
分流するものであり、分流抵抗R1およびR2から構成
されている。すなわち、分流抵抗R1およびR2の各一
端は、ネットワークアナライザ30の出力端子30aに
接続されており、分流抵抗R1の他端は、ネットワーク
アナライザ30の入力端子30bに接続されている。ま
た、分流抵抗R2の他端は導電性線材12に接続されて
いる。
The power splitter 31 divides the input high-frequency signal Sh into a high-frequency signal Sh1 and a high-frequency signal Sh2, and is composed of shunt resistors R1 and R2. That is, one end of each of the shunt resistors R1 and R2 is connected to the output terminal 30a of the network analyzer 30, and the other end of the shunt resistor R1 is connected to the input terminal 30b of the network analyzer 30. The other end of the shunt resistor R2 is connected to the conductive wire 12.

【0115】次に、本実施の形態における構造部材の健
全性モニタリングセンサーM3の動作について説明す
る。図8において、今、導電性線材12の途中に障害点
12bが存在しているものとする。この状態において、
ネットワークアナライザ30の出力端子30aより高周
波信号Shが出力されると、該高周波信号Shは、パワ
ースプリッタ31により高周波信号Sh1と高周波信号
Sh2とに分流され、このうち高周波信号Sh1は、ネ
ットワークアナライザ30の入力端子30bに入力され
る。ここで、上記高周波信号Sh2は、正弦波状のもの
である。
[0115] Next, the operation of the health monitoring sensors M 3 of the structural member in the present embodiment. In FIG. 8, it is assumed that a fault point 12 b is present in the middle of the conductive wire 12. In this state,
When the high-frequency signal Sh is output from the output terminal 30a of the network analyzer 30, the high-frequency signal Sh is split into a high-frequency signal Sh1 and a high-frequency signal Sh2 by the power splitter 31, and the high-frequency signal Sh1 is The signal is input to the input terminal 30b. Here, the high frequency signal Sh2 has a sine wave shape.

【0116】一方、高周波信号Sh2は、パワースプリ
ッタ31の分流抵抗R2を介して、導電性線材12の一
端12aへ入力される。さらに、高周波信号Sh2は、
障害点12bにより反射されて、反射信号Srとして、
一端12a方向へ伝搬する。そして、この反射信号Sr
は、パワースプリッタ31を介して、ネットワークアナ
ライザ30の入力端子30bに入力される。
On the other hand, the high frequency signal Sh2 is input to one end 12a of the conductive wire 12 via the shunt resistance R2 of the power splitter 31. Further, the high frequency signal Sh2 is
Reflected by the fault point 12b, the reflected signal Sr
The light propagates in the direction of one end 12a. Then, the reflected signal Sr
Is input to the input terminal 30b of the network analyzer 30 via the power splitter 31.

【0117】これにより、ネットワークアナライザ30
は、高周波信号Sh2の周波数を次々と変更して入力さ
れた高周波信号Sh1および反射信号Srの周波数領域
における位相特性および振幅特性を求める。次いで、ネ
ットワークアナライザ30は、上記位相特性および振幅
特性の各情報に対して、逆フーリエ変換を行い、図4
(c)または図4(e)に示す反射信号Sri3または
反射信号Srs3と同様な時間軸の波形を得る。
Thus, the network analyzer 30
Calculates the phase characteristic and the amplitude characteristic in the frequency domain of the input high-frequency signal Sh1 and the reflected signal Sr by changing the frequency of the high-frequency signal Sh2 one after another. Next, the network analyzer 30 performs an inverse Fourier transform on each of the information of the phase characteristic and the amplitude characteristic, and
A waveform on the time axis similar to the reflected signal Sri3 or the reflected signal Srs3 shown in FIG. 4C or FIG. 4E is obtained.

【0118】すなわち、ネットワークアナライザ30
は、パルス状の信号を入力する代わりに、所定の周波数
領域における高周波信号Sh2を用いて、伝達経路の位
相ならびに振幅特性を求め、周波数領域の情報を時間軸
領域の情報に変換してパルス状の信号を入力したときの
波形を得るものである(パルス状の信号入力は理論的に
は全周波数領域の位相と振幅特性より求めることができ
る。ここで、このような面倒な方法によるのは伝達経路
の状態をより詳細に調べることができる等の利点がある
ためである。)。さて、これらの手順により、図4
(c)に示す波形と同様のものを得た後、該波形より伝
搬遅延時間tdを求める。次いで、ネットワークアナラ
イザ30は、上記伝搬遅延時間tdと前述した(1)式
とから、図8に示す導電性線材12の一端12aから障
害点12bまでの距離L2を求めることにより、障害点
12bの位置を特定する。
That is, the network analyzer 30
Calculates the phase and amplitude characteristics of a transmission path using a high-frequency signal Sh2 in a predetermined frequency domain instead of inputting a pulse-shaped signal, and converts the information in the frequency domain into the information in the time domain to produce a pulse-shaped signal. (The pulse-like signal input can theoretically be obtained from the phase and amplitude characteristics of the entire frequency domain. Here, such a troublesome method is used. This is because there is an advantage that the state of the transmission path can be examined in more detail.) Now, by these procedures, FIG.
After obtaining a waveform similar to that shown in (c), a propagation delay time td is obtained from the waveform. Then, the network analyzer 30, and a previously described with the propagation delay time td (1) equation by determining the distance L 2 from one end 12a of the conductive wire 12 shown in FIG. 8 to the point of failure 12b, fault point 12b Identify the location of

【0119】また、ネットワークアナライザ30は、上
述した逆フーリエ変換を行うとき、ノイズ成分をカット
したものに対して逆フーリエ変換を行う。これにより、
逆フーリエ変換された結果は、ノイズによる影響を受け
ないものとなる。
When performing the above-described inverse Fourier transform, the network analyzer 30 performs the inverse Fourier transform on the noise component cut. This allows
The result of the inverse Fourier transform is not affected by noise.

【0120】なお、ネットワークアナライザ30の分解
能は、高周波信号Shの周波数に比例して向上する。例
えば、高周波信号Shの周波数を110GHzとした場
合には、導電性線材12を覆う被覆材の影響を受けて、
2.7mm(1波長)の60%〜90%が分解能とな
る。
The resolution of the network analyzer 30 increases in proportion to the frequency of the high frequency signal Sh. For example, when the frequency of the high-frequency signal Sh is set to 110 GHz, under the influence of the covering material that covers the conductive wire 12,
The resolution is 60% to 90% of 2.7 mm (one wavelength).

【0121】また、この構造部材の健全性モニタリング
センサーM3によれば、導電性線材12および13間に
短絡(インピーダンスの不整合)が発生しているか否か
を判断することも可能である。今、導電性線材12と1
3との間に短絡(インピーダンスの不整合)が生じてお
らず、かつ導電性線材12において基礎杭10の損傷等
による障害点12bが存在しているものとする。この状
態において、ネットワークアナライザ30の出力端子3
0aより高周波信号Shが出力されると、ネットワーク
アナライザ30の入力端子30bには、高周波信号Sh
1および導電性線材12からの反射信号Srが入力さ
れ、また、入力端子30cには、信号が何ら入力されな
いため、ネットワークアナライザ30は、これに基づき
導電性線材12および13間に短絡が生じていないとの
判断を行うとともに、高周波信号Sh1および反射信号
Srの位相特性および振幅特性から障害点12bまでの
距離を求める。
According to the structural member health monitoring sensor M 3 , it is possible to determine whether or not a short circuit (impedance mismatch) has occurred between the conductive wires 12 and 13. Now, the conductive wires 12 and 1
No short-circuit (impedance mismatch) has occurred between the conductive wire 3 and the conductive wire 12 and a failure point 12b due to damage to the foundation pile 10 or the like exists. In this state, the output terminal 3 of the network analyzer 30
0a, the high frequency signal Sh is output from the input terminal 30b of the network analyzer 30.
1 and the reflection signal Sr from the conductive wire 12 are input, and no signal is input to the input terminal 30c. Therefore, the network analyzer 30 generates a short circuit between the conductive wires 12 and 13 based on the signal. In addition to determining that there is no signal, the distance to the fault point 12b is determined from the phase characteristics and amplitude characteristics of the high-frequency signal Sh1 and the reflected signal Sr.

【0122】一方、今、基礎杭10に多大な損傷が発生
したか、または基礎杭10にひび割れ等が発生して、同
図に示す障害点Hにおいて導電性線材12、13との間
に短絡(インピーダンスの不整合)が生じているものと
する。この状態において、ネットワークアナライザ30
の出力端子30aより高周波信号Shが出力されると、
上述した動作を経て高周波信号Sh2の一部は、障害点
Hにより反射され、反射信号Srとして、一端2aへ向
けて伝搬する。これと同時に、高周波信号Sh2の残り
は、反射信号Sr’として導電性線材13の一端13a
へ向けて伝搬する。
On the other hand, if the foundation pile 10 has been seriously damaged or the foundation pile 10 has cracks or the like, a short circuit has occurred between the conductive piles 12 and 13 at the failure point H shown in FIG. (Impedance mismatch). In this state, the network analyzer 30
When the high frequency signal Sh is output from the output terminal 30a of
Through the above-described operation, a part of the high-frequency signal Sh2 is reflected by the fault point H and propagates as the reflected signal Sr toward the one end 2a. At the same time, the remainder of the high-frequency signal Sh2 is used as the reflected signal Sr ′ as one end 13a of the conductive wire 13.
Propagate to

【0123】これにより、導電性線材12の一端12a
からは、パワースプリッタ31を介して反射信号Srが
ネットワークアナライザ30の入力端子30bへ出力さ
れるとともに、導電性線材13の一端13aからは、ネ
ットワークアナライザ30の入力端子30cへ反射信号
Sr’が出力される。
As a result, one end 12a of the conductive wire 12
, The reflected signal Sr is output to the input terminal 30 b of the network analyzer 30 via the power splitter 31, and the reflected signal Sr ′ is output from the one end 13 a of the conductive wire 13 to the input terminal 30 c of the network analyzer 30. Is done.

【0124】このとき、ネットワークアナライザ30
は、上述した動作と同様にして、反射信号Srおよび反
射信号Sr’の波形を得た後、該波形に基づいて、障害
点Hの位置を特定するとともに、反射信号Sr’が入力
されていることから、障害点Hにおいて短絡(インピー
ダンスの不整合)が発生しているとの判定を行う。な
お、障害点Hを特定する手順は、前述した第一の実施の
形態による構造部材のモニタリングセンサーM1におけ
る手順と同様である。
At this time, the network analyzer 30
After obtaining the waveforms of the reflection signal Sr and the reflection signal Sr ′ in the same manner as in the above-described operation, the position of the fault point H is specified based on the waveforms, and the reflection signal Sr ′ is input. Therefore, it is determined that a short circuit (impedance mismatch) has occurred at the fault point H. The procedure for identifying the fault point H is the same as the procedure in the monitoring sensors M 1 of the structural member according to the first embodiment described above.

【0125】さらに、このとき、導電性線材12,13
に沿って配置された導体4は、上述の第一の実施の形態
における導体4と同様の作用・効果を有するものとして
機能し、これにより、導体4が配置されない場合に比較
して、モニタリングの精度が向上させられることとな
る。
Further, at this time, the conductive wires 12, 13
The conductor 4 arranged along the line functions as having the same operation and effect as the conductor 4 in the above-described first embodiment, and as a result, compared to the case where the conductor 4 is not arranged, Accuracy will be improved.

【0126】なお、この実施の形態による構造部材の健
全性モニタリングセンサーM3においては、導電性線材
12、13として、上述の第一の実施の形態における
(a)ないし(c)項に示すものを用いるようにしても
よい。また、導体4としては、上述の第一の実施の形態
における(d)ないし(h)項に示すものを用いるよう
にしてもよい。さらに、導電性線材12、13の形状
は、図5(a)または(b)に示した形状のいずれであ
ってもよい。また、導電性線材12,13と導体4の配
置は、図6(a)から(c)に示すもののいずれであっ
てもよい。
In the structural member soundness monitoring sensor M 3 according to this embodiment, the conductive wires 12 and 13 shown in the items (a) to (c) in the first embodiment are used as the conductive wires 12 and 13. May be used. Further, as the conductor 4, the conductors shown in the items (d) to (h) in the above-described first embodiment may be used. Further, the shape of the conductive wires 12, 13 may be any of the shapes shown in FIG. 5 (a) or (b). The arrangement of the conductive wires 12, 13 and the conductor 4 may be any of those shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c).

【0127】また、上述したような基礎杭10の健全性
の判定方法に加えて、テスタ7において観測される導体
4の抵抗値の変化により、導体4に引張あるいは圧縮荷
重のいずれかが作用しているかを判断するようにしても
よく、この場合には、より精度の高い計測が可能とな
る。また、この第三の実施の形態において、導電性線材
12、13のいずれか一方と導体4との間において短絡
が生じているか否かの測定を、上述の導電性線材12,
13間において短絡が生じているかを判定する場合と同
様の手順で行うようにしてもよい。これにより、モニタ
リングの精度をさらに向上させることが可能である。
Further, in addition to the above-described method for determining the soundness of the foundation pile 10, a change in the resistance value of the conductor 4 observed in the tester 7 causes either a tensile load or a compressive load to act on the conductor 4. May be determined, and in this case, more accurate measurement can be performed. In the third embodiment, the measurement as to whether or not a short circuit has occurred between one of the conductive wires 12 and 13 and the conductor 4 is performed.
13 may be performed in the same procedure as when determining whether a short circuit has occurred. Thereby, the accuracy of monitoring can be further improved.

【0128】[第四の実施の形態]図9は、本発明の第
四の実施の形態による構造部材の健全性モニタリングセ
ンサーM4の概略構成を示す図である。この図におい
て、図8の各部に対応する部分には同一の符号を付し、
その説明を省略する。図9においては、図8に示すパワ
ースプリッタ31に代えて、方向性結合器32が設けら
れている。
[0128] [Fourth Embodiment] FIG 9 is a diagram showing a schematic configuration of a health monitoring sensor M 4 of the structural member according to the fourth embodiment of the present invention. In this figure, parts corresponding to the respective parts in FIG.
The description is omitted. 9, a directional coupler 32 is provided instead of the power splitter 31 shown in FIG.

【0129】方向性結合器32は、端子32a、32b
および32cを有しており、端子32aに入力される高
周波信号Shを、高周波信号Sh1と高周波信号Sh2
とに分岐するという機能を有している。すなわち、方向
性結合器32は、高周波信号Sh1を端子32cから出
力するとともに、高周波信号Sh2を端子32bから出
力する。また、方向性結合器32の端子32aは、ネッ
トワークアナライザ30の出力端子30aに接続されて
いる。さらに、端子32bは、導電性線材12の一端1
2aに接続されており、端子32cは、ネットワークア
ナライザ30の入力端子30bに接続されている。
The directional coupler 32 has terminals 32a, 32b
And the high frequency signal Sh1 and the high frequency signal Sh2 input to the terminal 32a.
It has a function of branching to. That is, the directional coupler 32 outputs the high-frequency signal Sh1 from the terminal 32c and outputs the high-frequency signal Sh2 from the terminal 32b. The terminal 32 a of the directional coupler 32 is connected to the output terminal 30 a of the network analyzer 30. Further, the terminal 32 b is connected to one end 1 of the conductive wire 12.
2a, and the terminal 32c is connected to the input terminal 30b of the network analyzer 30.

【0130】次に、この構造部材の健全性モニタリング
センサーM4の動作について説明する。図9において、
今、基礎杭10に多大なる損傷が発生したか、または基
礎杭10にひび割れ等が発生して、同図に示す障害点H
において導電性線材12と導電性線材13との間に短絡
(インピーダンスの不整合)が生じているものとする。
[0130] Next, the operation of the health monitoring sensors M 4 of the structural member. In FIG.
Now, a great deal of damage has occurred in the foundation pile 10 or a crack or the like has occurred in the foundation pile 10, and a failure point H shown in FIG.
It is assumed that a short circuit (impedance mismatch) has occurred between the conductive wire 12 and the conductive wire 13 in FIG.

【0131】この状態において、ネットワークアナライ
ザ30の出力端子30aより高周波信号Shが出力され
ると、該高周波信号Shは、方向性結合器32により高
周波信号Sh1と高周波信号Sh2とに分岐される。そ
して、高周波信号Sh1がネットワークアナライザ30
の入力端子30bに入力されるとともに、高周波信号S
h2は、導電性線材12の一端12aに入力された後、
導電性線材12を伝搬する。
In this state, when the high frequency signal Sh is output from the output terminal 30a of the network analyzer 30, the high frequency signal Sh is branched by the directional coupler 32 into a high frequency signal Sh1 and a high frequency signal Sh2. Then, the high frequency signal Sh1 is transmitted to the network analyzer 30.
Of the high-frequency signal S
After h2 is input to one end 12a of the conductive wire 12,
It propagates through the conductive wire 12.

【0132】そして、高周波信号Sh2は、障害点Hに
おいて反射され、反射信号Srとして導電性線材13を
伝搬した後、ネットワークアナライザ30の入力端子3
0cに入力される。これにより、ネットワークアナライ
ザ30は、上述した動作と同様にして、高周波信号Sh
1および反射信号Srの波形を得た後、該波形に基づい
て、障害点Hの位置を特定するとともに、反射信号Sr
が入力されていることから、障害点Hにおいて短絡(イ
ンピーダンスの不整合)が発生しているものと判定す
る。ここに、障害点Hを特定する手順は、上述の第三の
実施の形態による構造部材の健全性モニタリングセンサ
ーM3における手順と同様である。
The high-frequency signal Sh2 is reflected at the fault point H and propagates through the conductive wire 13 as a reflected signal Sr.
0c is input. Thereby, the network analyzer 30 performs the high-frequency signal Sh in the same manner as the above-described operation.
1 and the waveform of the reflection signal Sr, the position of the fault point H is specified based on the waveform, and the reflection signal Sr is determined.
Is input, it is determined that a short circuit (impedance mismatch) has occurred at the fault point H. Here, the procedure for identifying the fault point H is the same as the procedure in the health monitoring sensors M 3 of the structural member according to the third embodiment.

【0133】なお、この実施の形態による構造部材の健
全性モニタリングセンサーM4においては、導電性線材
12、13として、上述の第一の実施の形態における
(a)ないし(c)項に示すものを用いるようにしても
よい。また、導体4としては、上述の第一の実施の形態
における(d)ないし(h)に示すものを用いるように
してもよい。さらに、導電性線材12、13の形状は、
図5(a)または(b)に示した形状のいずれであって
もよい。また、導電性線材12,13と導体4の配置
は、図6(a)から(c)に示すもののいずれであって
もよい。
In the structural member soundness monitoring sensor M 4 according to this embodiment, the conductive wires 12 and 13 are the same as those shown in the above-mentioned first embodiment (a) to (c). May be used. Further, as the conductor 4, the conductors shown in (d) to (h) in the first embodiment may be used. Further, the shapes of the conductive wires 12 and 13 are as follows:
Any of the shapes shown in FIGS. 5A and 5B may be used. The arrangement of the conductive wires 12, 13 and the conductor 4 may be any of those shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c).

【0134】また、上述したような基礎杭10の健全性
の判定方法に加えて、テスタ7において観測される導体
4の抵抗値の変化により、導体4に引張あるいは圧縮荷
重のいずれかが作用しているかを判断するようにしても
よく、この場合には、より精度の高い計測が可能とな
る。また、この第四の実施の形態において、導電性線材
12、13のいずれか一方と導体4との間において短絡
が生じているか否かの測定を、上述の導電性線材12,
13間において短絡が生じているかを判定する場合と同
様の手順で行うようにしてもよい。これにより、モニタ
リングの精度をさらに向上させることが可能である。
Further, in addition to the above-described method of determining the soundness of the foundation pile 10, a change in the resistance value of the conductor 4 observed in the tester 7 causes either a tensile load or a compressive load to act on the conductor 4. May be determined, and in this case, more accurate measurement can be performed. Further, in the fourth embodiment, the measurement as to whether or not a short circuit has occurred between one of the conductive wires 12 and 13 and the conductor 4 is performed by the above-described conductive wires 12 and 13.
13 may be performed in the same procedure as when determining whether a short circuit has occurred. Thereby, the accuracy of monitoring can be further improved.

【0135】[第五の実施の形態]図10に示すもの
は、本発明の第五の実施の形態における構造部材の健全
性モニタリングセンサーM5を示すものである。この構
造部材の健全性モニタリングセンサーM5においては、
先に示した第三の実施の形態の構造部材の健全性モニタ
リングセンサーM3において、導電性線材12,13に
代えて、スイッチ33、方向性結合器34、方向性結合
器35および導電性線材18が設けられた構成とされて
いる。
[0135] The Fifth Embodiment those shown in FIG. 10 illustrates a health monitoring sensor M 5 of the structural member of the fifth embodiment of the present invention. In health monitoring sensors M 5 of the structural member,
In the structural member health monitoring sensor M3 of the third embodiment described above, the switch 33, the directional coupler 34, the directional coupler 35, and the conductive wire are used instead of the conductive wires 12 and 13. 18 is provided.

【0136】スイッチ33は、高周波信号Sh2を方向
性結合器34または方向性結合器35のいずれかへ出力
するための切り替えスイッチである。このスイッチ33
の可動片33eおよび可動片33fは、図示しない制御
装置または手動によって、端子33bおよび端子33d
側、または端子33a側および端子33c側のいずれか
に切り換えられる。また、端子33bおよび端子33c
は、パワースプリッタ31の分流抵抗R2の他端に接続
されている。
The switch 33 is a switch for outputting the high-frequency signal Sh2 to either the directional coupler 34 or the directional coupler 35. This switch 33
The movable piece 33e and the movable piece 33f are connected to the terminal 33b and the terminal 33d by a controller (not shown) or manually.
Side, or one of the terminals 33a and 33c. Also, the terminal 33b and the terminal 33c
Is connected to the other end of the shunt resistor R2 of the power splitter 31.

【0137】方向性結合器34は、図9に示す方向性結
合器32と同一構成とされており、その端子34aが可
動片33eに、その端子34bが導電性線材18の一端
18aに、その端子34cがネットワークアナライザ3
0の入力端子30cに各々接続されている。この方向性
結合器34は、端子34aに入力される高周波信号Sh
2を端子34bへ出力するとともに、端子34bに入力
される反射信号Sr(または透過信号St)を端子34
cへ出力するという機能を有している。
The directional coupler 34 has the same configuration as the directional coupler 32 shown in FIG. 9, and its terminal 34a is connected to the movable piece 33e, its terminal 34b is connected to one end 18a of the conductive wire 18, and Terminal 34c is network analyzer 3
0 input terminals 30c. The directional coupler 34 receives the high-frequency signal Sh input to the terminal 34a.
2 to the terminal 34b, and the reflected signal Sr (or the transmitted signal St) input to the terminal 34b to the terminal 34b.
c).

【0138】導電性線材18は、図中に示すように、そ
の中央部が折り曲げられた略U字状に形成されており、
その一端18aおよび他端18bが基礎杭10の杭頭1
0a側に配置されるとともに、中央部が杭先端部10b
に至るように配置されている。また、導体4は、帯状に
形成されて導電性線材18に沿うように設けられ、なお
かつ、基礎杭10の杭頭10aから杭先端部10bまで
に至るように配置されている。
As shown in the figure, the conductive wire 18 is formed in a substantially U-shape with its central portion bent.
One end 18a and the other end 18b are the pile head 1 of the foundation pile 10.
0a side, and the central part is the pile tip 10b.
Is arranged to reach. The conductor 4 is formed in a strip shape and provided along the conductive wire 18, and is disposed so as to extend from the pile head 10 a of the foundation pile 10 to the pile tip 10 b.

【0139】また、方向性結合器35は、方向性結合器
34と同一構成とされており、その端子35aが可動片
33fに、その端子35bが導電性線材18の他端18
bに、その端子35cがネットワークアナライザ30の
入力端子30dに各々接続されている。
The directional coupler 35 has the same configuration as the directional coupler 34. The terminal 35a is connected to the movable piece 33f, and the terminal 35b is connected to the other end 18 of the conductive wire 18.
b, the terminal 35c is connected to the input terminal 30d of the network analyzer 30, respectively.

【0140】上記方向性結合器35は、端子35aに入
力される高周波信号Sh2を端子35bへ出力するとと
もに、端子35bに入力される透過信号St(または反
射信号Sr)を端子35cへ出力するという機能を有し
ている。
The directional coupler 35 outputs the high-frequency signal Sh2 input to the terminal 35a to the terminal 35b, and outputs the transmission signal St (or reflection signal Sr) input to the terminal 35b to the terminal 35c. Has a function.

【0141】次に、この構造部材の健全性モニタリング
センサーM5の動作について説明する。図10におい
て、今、導電性線材18に障害点18cが存在してお
り、かつスイッチ33の可動片33eおよび可動片33
fが端子33b側および端子33d側に各々切り換えら
れているものとする。
[0141] Next, the operation of the health monitoring sensors M 5 of the structural member. In FIG. 10, a fault 18 c is present in the conductive wire 18 and the movable piece 33 e and the movable piece 33
f is switched to the terminal 33b side and the terminal 33d side, respectively.

【0142】この状態において、ネットワークアナライ
ザ30の出力端子30aより高周波信号Shが出力され
ると、この高周波信号Shは、パワースプリッタ31に
より高周波信号Sh1と高周波信号Sh2とに分流され
る。そして、高周波信号Sh1がネットワークアナライ
ザ30の入力端子30bに入力される一方、高周波信号
Sh2は、分流抵抗R2、スイッチ33および方向性結
合器34を介して、導電性線材18の一端18aに入力
された後、導電性線材18を伝搬する。
In this state, when the high-frequency signal Sh is output from the output terminal 30a of the network analyzer 30, the high-frequency signal Sh is divided into the high-frequency signal Sh1 and the high-frequency signal Sh2 by the power splitter 31. Then, while the high-frequency signal Sh1 is input to the input terminal 30b of the network analyzer 30, the high-frequency signal Sh2 is input to one end 18a of the conductive wire 18 via the shunt resistor R2, the switch 33, and the directional coupler. After that, it propagates through the conductive wire 18.

【0143】そして、高周波信号Sh2の一部は、障害
点18cにより反射されて、反射信号Srとして、方向
性結合器34を介してネットワークアナライザ30の入
力端子30cに入力される。一方、高周波信号Sh2の
残りは、障害点18cを透過して透過信号Stとして方
向性結合器35を介してネットワークアナライザ30の
入力端子30dに入力される。
Then, a part of the high-frequency signal Sh2 is reflected by the fault point 18c, and is input to the input terminal 30c of the network analyzer 30 via the directional coupler 34 as a reflected signal Sr. On the other hand, the remainder of the high-frequency signal Sh2 passes through the fault point 18c and is input to the input terminal 30d of the network analyzer 30 via the directional coupler 35 as the transmission signal St.

【0144】これにより、ネットワークアナライザ30
は、第四の実施の形態の構造部材の健全性モニタリング
センサーM4の動作と同様にして、高周波信号Sh1、
反射信号Srおよび透過信号Stの各位相特性および振
幅特性を得る。次に、ネットワークアナライザ30は、
高周波信号Sh1および反射信号Srの位相特性および
振幅特性に対して逆フーリエ変換を行い、図4(c)ま
たは図4(e)に示すものと同様の波形から、前述した
動作と同様にして、伝搬遅延時間tdを求め、これに基
づいて、図9に示す導電性線材18の一端18aから障
害点18cまでの距離を求める。
As a result, the network analyzer 30
, As in the operation of the fourth embodiment of the structural health monitoring sensors M 4 of the members, the high-frequency signal Sh1,
The phase characteristics and the amplitude characteristics of the reflection signal Sr and the transmission signal St are obtained. Next, the network analyzer 30
The inverse Fourier transform is performed on the phase characteristics and the amplitude characteristics of the high-frequency signal Sh1 and the reflection signal Sr, and the waveforms similar to those shown in FIG. 4C or FIG. The propagation delay time td is obtained, and based on this, the distance from one end 18a of the conductive wire 18 shown in FIG. 9 to the fault point 18c is obtained.

【0145】また、ネットワークアナライザ30は、反
射信号Srと透過信号Stとのレベル比より、障害点1
8c(基礎杭10)の状態を判定する。すなわち、CP
Uは、透過信号Stのレベルがゼロである場合、障害点
18cが完全に断線しているものと判定する。一方、ネ
ットワークアナライザ30は、反射信号Srのレベル
が、透過信号Stのレベルより大きい場合、障害点18
cの損傷等が大きいものと判定し、他方、この逆の場
合、障害点18cの損傷が小さいものと判定する。
The network analyzer 30 determines the point of failure 1 based on the level ratio between the reflected signal Sr and the transmitted signal St.
The state of 8c (foundation pile 10) is determined. That is, CP
If the level of the transmission signal St is zero, U determines that the fault point 18c is completely disconnected. On the other hand, when the level of the reflected signal Sr is larger than the level of the transmitted signal St, the network analyzer 30
It is determined that the damage of the fault point 18c is small in the reverse case.

【0146】また、今、スイッチ33の可動片33eお
よび可動片33fが、制御装置または手動により、同図
に示す状態から、端子33aおよび端子33c側に切り
替えられたものとする。この状態において、ネットワー
クアナライザ30の出力端子30aより高周波信号Sh
が出力されると、高周波信号Shは上述した動作と同様
にして、パワースプリッタ31により高周波信号Sh1
と高周波信号Sh2とに分流される。そして、この高周
波信号Sh2は、分流抵抗R2、スイッチ33および方
向性結合器35を介して、導電性線材18の他端18b
に入力された後、導電性線材18を伝搬する。
It is also assumed that the movable piece 33e and the movable piece 33f of the switch 33 have been switched from the state shown in the figure to the terminals 33a and 33c by the control device or manually. In this state, the high frequency signal Sh is output from the output terminal 30a of the network analyzer 30.
Is output, the high-frequency signal Sh is output from the high-frequency signal Sh1 by the power splitter 31 in the same manner as described above.
And the high-frequency signal Sh2. The high-frequency signal Sh2 is supplied to the other end 18b of the conductive wire 18 via the shunt resistor R2, the switch 33, and the directional coupler 35.
, And propagates through the conductive wire 18.

【0147】そして、高周波信号Sh2の一部は、障害
点18cにより反射されて、反射信号Srとして、方向
性結合器35を介してネットワークアナライザ30の入
力端子30dに入力される。一方、高周波信号Sh2の
残りは、障害点18cを透過して透過信号Stとして方
向性結合器34を介してネットワークアナライザ30の
入力端子30cに入力される。これにより、ネットワー
クアナライザ30は、上述した動作と同様にして、他端
18bから障害点18cまでの距離を求めるとともに、
障害点18c(基礎杭10)の状態を判定する。
Then, a part of the high-frequency signal Sh2 is reflected by the failure point 18c and is input to the input terminal 30d of the network analyzer 30 via the directional coupler 35 as the reflected signal Sr. On the other hand, the rest of the high-frequency signal Sh2 is transmitted through the fault point 18c and is input to the input terminal 30c of the network analyzer 30 via the directional coupler 34 as a transmitted signal St. Thereby, the network analyzer 30 calculates the distance from the other end 18b to the fault point 18c in the same manner as the above-described operation,
The state of the failure point 18c (the foundation pile 10) is determined.

【0148】また、この際、導電性線材18に沿って導
体4が配置されるために、パルス信号SiおよびSsに
よる障害点18cの位置の特定、または、障害点18c
におけるひび割れ状況の把握を行うに際して、導体4に
より上記第一ないし第四のの実施の形態と同様の作用・
効果が得られることとなり、これにより、精度の高いモ
ニタリングが可能となる。
At this time, since the conductor 4 is arranged along the conductive wire 18, the position of the fault 18c is specified by the pulse signals Si and Ss, or the fault 18c is specified.
When grasping the state of cracks in the above, the same operation and effect as in the first to fourth embodiments are performed by the conductor 4.
As a result, an effect can be obtained, thereby enabling highly accurate monitoring.

【0149】また、それに加えて、テスタ7において観
測される導体4の抵抗値の変化により、導体4に引張あ
るいは圧縮荷重のいずれかが作用しているかを判断する
こととすれば、より精度の高い計測が可能となる。
In addition to this, if it is determined whether a tensile load or a compressive load is acting on the conductor 4 based on a change in the resistance value of the conductor 4 observed in the tester 7, more accurate accuracy can be obtained. High measurement is possible.

【0150】なお、この実施の形態による構造部材の健
全性モニタリングセンサーM5においては、導電性線材
18として、上述の第一の実施の形態における(a)な
いし(c)項に示すものを用いるようにしてもよい。ま
た、導体4としては、上述の第一の実施の形態における
(d)ないし(h)項に示すものを用いるようにしても
よい。さらに、導電性線材18の形状は、図5(c)ま
たは(d)に示した形状のいずれであってもよい。ま
た、導電性線材18と導体4の配置は、図6(a)から
(c)に示すもののいずれであってもよい。
[0150] In the health monitoring sensors M 5 of the structural member according to this embodiment, as the conductive wire 18, used as shown in (a) through (c) term in the first embodiment described above You may do so. Further, as the conductor 4, the conductors shown in the items (d) to (h) in the above-described first embodiment may be used. Further, the shape of the conductive wire 18 may be any of the shapes shown in FIGS. 5C and 5D. The arrangement of the conductive wire 18 and the conductor 4 may be any of those shown in FIGS.

【0151】また、上述したような基礎杭10の健全性
の判定方法に加えて、テスタ7において観測される導体
4の抵抗値の変化により、導体4に引張あるいは圧縮荷
重のいずれかが作用しているかを判断するようにしても
よく、この場合には、より精度の高い計測が可能とな
る。
Further, in addition to the above-described method of determining the soundness of the foundation pile 10, a change in the resistance value of the conductor 4 observed in the tester 7 causes either a tensile load or a compressive load to act on the conductor 4. May be determined, and in this case, more accurate measurement can be performed.

【0152】また、この第五の実施の形態において、導
電性線材18と導体4との間において短絡が生じている
か否かの測定を、第一または第三の実施の形態において
導電性線材12,13間において短絡が生じているかを
判定する場合と同様の手順で行うようにしてもよい。こ
れにより、モニタリングの精度をさらに向上させること
が可能である。
In the fifth embodiment, the measurement as to whether or not a short circuit has occurred between the conductive wire 18 and the conductor 4 is performed in the first or third embodiment. , 13 may be performed in the same procedure as when determining whether a short circuit has occurred. Thereby, the accuracy of monitoring can be further improved.

【0153】以上、本発明の第一から第五の実施の形態
を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれ
ら第一から第五の実施の形態に限られるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても
本発明に含まれる。
Although the first to fifth embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the first to fifth embodiments. ,
Even a design change or the like within a range not departing from the gist of the present invention is included in the present invention.

【0154】例えば、第一から第五の実施の形態におい
ては、基礎杭10に対してモニタリングを行う例につい
て説明したが、これに限定されることなく、モニタリン
グの対象は、他の構造物あるいは構造部材であってもよ
い。これらのうち、構造物については、RC造、SRC
造等を含めたコンクリート構造物の全てに適用可能であ
り、また、部材については、柱、梁、壁、スラブ等の
版、階段、杭などの基礎等、構造物の種々の部材や部位
に対して適用可能である。
For example, in the first to fifth embodiments, an example in which monitoring is performed on the foundation pile 10 has been described. However, the present invention is not limited to this. It may be a structural member. Of these, for structures, RC construction, SRC
It can be applied to all concrete structures including structures, etc., and the members can be applied to various members and parts of the structure, such as pillars, beams, walls, plates such as slabs, foundations such as stairs, piles, etc. Applicable to:

【0155】また、導線12,13,18や導体4は、
必ずしも構造部材中に埋設されている必要はなく、構造
部材の表面に添付されたものであっても構わない。この
場合には、必要に応じて、樹脂や塗料を塗布するかある
いはプラスチックス等のシートを貼り付けるなどして、
センサを保護する。このような使用方法は、炭素繊維シ
ートによる既存構造物および構造部材の耐震補強が広く
行われるようになってきたので、その性能保証や性能確
認のためのモニタリング法として、非常に有効である。
The conductors 12, 13, 18 and the conductor 4 are
It is not necessary to be embedded in the structural member, and it may be attached to the surface of the structural member. In this case, if necessary, apply a resin or paint or paste a sheet of plastics, etc.,
Protect the sensor. Such a method of use is very effective as a monitoring method for assuring the performance and confirming the performance, since the seismic reinforcement of existing structures and structural members by the carbon fiber sheet has been widely performed.

【0156】[0156]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造部材が弾性ひずみの範囲内で引張荷重等を受けた
後、元の状態に戻ったとしても、上記弾性ひずみを受け
た時点で導線の繊維束の一部に破断が生じる。従って、
本発明によれば、このような場合に、過去の構造部材に
対して引張荷重等が加えられたということを判定するこ
とができるという効果が得られる。言い換えれば、本発
明によれば、構造部材の損傷状況を連続的にモニタリン
グ可能であるという効果が得られることとなる。また、
本発明によれば、センサとして従来の光ファイバに代え
て、導線を用いているため、構造部材がコンクリートか
らなるものであっても、耐久性が高い。また、本発明に
よれば、従来のもののように、導電性線材の中間点に複
数の端子を設けることなく、低コストでかつ簡易な構成
により構造部材の損傷箇所を特定することができる。そ
して、本発明においては、導線に沿って導体が配置され
るために、導線の伝達特性の把握が容易となるととも
に、導線に対する外部からの電気的な影響等を低減する
ことができ、精度の高いモニタリングが可能となる。さ
らに、請求項4から6に記載の発明によれば、高周波信
号を用いているため、この高周波信号の周波数に比例し
てモニタリングの分解能を向上させることができるとい
う効果が得られる。また、請求項7に記載の発明によれ
ば、導線による計測に加えて、導体自体の電気抵抗を測
定することで、より一層精度の高いモニタリングを実現
することができる。さらに、請求項8に記載の発明によ
れば、構造部材が損傷してひび割れ等が発生した場合
に、導体が、導線よりも先行して損傷し、これに伴い導
線周囲のインピーダンスに変化を及ぼすこととなる。こ
れにより、単に導線のみが構造部材中に配設されている
場合と異なり、導線の電気的特性に何ら変化を与えない
程度の微小なひび割れ等を、良好に検出することがで
き、精度の高いモニタリングが可能となる。
As described above, according to the present invention,
Even if the structural member returns to its original state after receiving a tensile load or the like within the range of elastic strain, a part of the fiber bundle of the conductive wire breaks at the time of receiving the elastic strain. Therefore,
According to the present invention, in such a case, it is possible to determine that a tensile load or the like has been applied to a past structural member. In other words, according to the present invention, the effect of being able to continuously monitor the damage state of the structural member can be obtained. Also,
According to the present invention, since a conductor is used instead of a conventional optical fiber as a sensor, the durability is high even if the structural member is made of concrete. Further, according to the present invention, a damaged portion of a structural member can be specified by a low-cost and simple configuration without providing a plurality of terminals at an intermediate point of a conductive wire unlike a conventional one. In the present invention, since the conductor is arranged along the conductor, it is easy to grasp the transmission characteristics of the conductor, and it is possible to reduce an external electrical influence on the conductor and the like. High monitoring is possible. Further, according to the fourth to sixth aspects of the present invention, since a high-frequency signal is used, an effect is obtained that the resolution of monitoring can be improved in proportion to the frequency of the high-frequency signal. Further, according to the invention of claim 7, by monitoring the electric resistance of the conductor itself in addition to the measurement using the conductive wire, more accurate monitoring can be realized. Furthermore, according to the invention described in claim 8, when the structural member is damaged and cracks or the like occur, the conductor is damaged before the conductor, and the impedance is changed around the conductor accordingly. It will be. Thus, unlike the case where only the conductor is simply provided in the structural member, minute cracks or the like that do not change the electrical characteristics of the conductor at all can be detected satisfactorily and have high accuracy. Monitoring becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の構造部材の健全性モニタリングセン
サーの基本的な構成を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a basic configuration of a structural member health monitoring sensor of the present invention.

【図2】 図1に示す構造部材の健全性モニタリングセ
ンサーの動作を説明する図である。
FIG. 2 is a view for explaining the operation of the structural member health monitoring sensor shown in FIG. 1;

【図3】 本発明の第一の実施の形態による構造部材の
健全性モニタリングセンサーの具体的構成を示す図であ
る。
FIG. 3 is a view showing a specific configuration of a structural member health monitoring sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 図3に示す構造部材の健全性モニタリングセ
ンサーの動作を説明する図である。
FIG. 4 is a view for explaining the operation of the structural member health monitoring sensor shown in FIG. 3;

【図5】 本発明の第一ないし第五の構造部材の健全性
モニタリングセンサーにおいて用いられる導電性線材の
形状の例を示すための図である。
FIG. 5 is a view showing an example of the shape of a conductive wire used in the first to fifth structural member soundness monitoring sensors of the present invention.

【図6】 本発明の第一ないし第五の構造部材の健全性
モニタリングセンサーにおいて用いられる導電性線材お
よび導体の配置例を示すための図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the arrangement of conductive wires and conductors used in the first to fifth structural member health monitoring sensors of the present invention.

【図7】 本発明の第二の実施の形態による構造部材の
健全性モニタリングセンサーの具体的構成を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a specific configuration of a structural member health monitoring sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の第三の実施の形態による構造部材の
健全性モニタリングセンサーの具体的構成を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a specific configuration of a structural member health monitoring sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第四の実施の形態による構造部材の
健全性モニタリングセンサーの具体的構成を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a specific configuration of a structural member health monitoring sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の第五の実施の形態による構造部材
の健全性モニタリングセンサーの具体的構成を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing a specific configuration of a structural member health monitoring sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【図11】 本発明における課題を解決するための手段
を示すための図であって、(a)は、導線とこれに沿っ
て配設された導体とが埋設された構造部材を示す断面
図、(b)は、導線のみが埋設された構造部材を示す断
面図である。
11A and 11B are diagrams for illustrating means for solving the problem in the present invention, and FIG. 11A is a cross-sectional view illustrating a structural member in which a conductive wire and a conductor disposed along the conductive wire are embedded. (B) is a cross-sectional view showing a structural member in which only a conductive wire is embedded.

【図12】 本発明における課題を解決するための手段
を示すための図であって、(a)、(b)は、それぞ
れ、図11(a)、(b)に示した導線の周囲において
ひび割れ近傍の電気的特性が何によって規定されている
かを示した図である。
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing means for solving the problem in the present invention, wherein FIGS. 12A and 12B are diagrams around the conductor shown in FIGS. 11A and 11B, respectively. FIG. 4 is a diagram showing what defines the electrical characteristics in the vicinity of a crack.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

M,M1,M2,M3,M4,M5 構造部材の健全性モニ
タリングセンサー 1 パルス信号発生器 Si,Ss パルス信号 Sri3,Srs3 Sri3’,Srs3’Sr,S
r’反射信号 2,12,13,18 導電性線材 2a,12a,13a,18a 一端 2c,12c,13b,18b 他端 12b,18c 障害点 4 導体 7 テスタ 3,15 オシロスコープ Sti1,Sts1,St 透過信号 10 基礎杭(構造部材) 30 ネットワークアナライザ
M, M 1 , M 2 , M 3 , M 4 , M 5 Structural member soundness monitoring sensor 1 Pulse signal generator Si, Ss Pulse signal Sri3, Srs3 Sri3 ′, Srs3′Sr, S
r 'reflection signal 2,12,13,18 conductive wire 2a, 12a, 13a, 18a one end 2c, 12c, 13b, 18b other end 12b, 18c fault point 4 conductor 7 tester 3,15 oscilloscope Sti1, Sts1, St transmission Signal 10 Foundation pile (structural member) 30 Network analyzer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 清 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 稲田 裕 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 杉田 稔 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内 Fターム(参考) 2F063 AA01 AA30 BA14 BD07 CA13 DA02 DA05 DD08 FA00 FA14 FA18 FA20 PA01  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kiyoshi Ishii 1-3-2 Shibaura, Minato-ku, Tokyo Shimizu Corporation (72) Inventor Hiroshi Inada 1-2-3 Shibaura, Minato-ku, Tokyo Shimizu Corporation (72) Inventor Minoru Sugita 1-3-2 Shibaura, Minato-ku, Tokyo Shimizu Corporation F-term (reference) 2F063 AA01 AA30 BA14 BD07 CA13 DA02 DA05 DD08 FA00 FA14 FA18 FA20 PA01

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 構造部材の内部または表面に対して配設
された導電性を有する導線と、 該導線に沿って近接配置された導電性を有する導体と、 前記導線の一端へパルス信号を供給するパルス信号供給
手段と、 前記パルス信号および前記導線の一端より出力される反
射信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特定する
とともに、前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段
とを備えて構成されていることを特徴とする構造部材の
健全性モニタリングセンサー。
1. A conductive wire disposed inside or on a surface of a structural member, a conductive conductor closely disposed along the conductive wire, and a pulse signal supplied to one end of the conductive wire. A pulse signal supply unit that determines a damaged position of the structural member and determines a damaged state of the structural member based on the pulse signal and a reflected signal output from one end of the conductive wire. A health monitoring sensor for a structural member characterized by comprising:
【請求項2】 請求項1記載の構造部材の健全性モニタ
リングセンサーであって、 前記構造部材には、少なくとも一対の前記導線が、同方
向に延在するように、なおかつ、互いに近接するように
配置され、 前記パルス信号供給手段は、前記一対の導線の少なくと
も一方に対して、その端部より前記パルス信号を供給す
る構成とされ、 前記判定手段は、前記パルス信号、前記導線の一方の端
部より出力される第一の反射信号、および、前記導線の
他方の端部より出力される第二の反射信号に基づいて、
前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造
部材の損傷状態を判定する構成とされていることを特徴
とする構造部材の健全性モニタリングセンサー。
2. The structural member health monitoring sensor according to claim 1, wherein the structural member has at least one pair of the conductive wires extending in the same direction and being close to each other. The pulse signal supply unit is configured to supply the pulse signal from at least one end of the pair of conductors from an end thereof, and the determination unit includes the pulse signal and one end of the conductor. Based on the first reflected signal output from the unit, and the second reflected signal output from the other end of the conductor,
A structural member soundness monitoring sensor, wherein a damaged position of the structural member is specified and a damaged state of the structural member is determined.
【請求項3】 請求項1または2記載の構造部材の健全
性モニタリングセンサーであって、 前記判定手段は、前記パルス信号、前記導線の一端より
出力される反射信号、および前記導線の他端より出力さ
れる透過信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特
定する構成とされていることを特徴とする構造部材の健
全性モニタリングセンサー。
3. The health monitoring sensor for a structural member according to claim 1, wherein the determination unit receives the pulse signal, a reflection signal output from one end of the conductor, and the other end of the conductor. A structural member soundness monitoring sensor, wherein a damaged position of the structural member is specified based on the transmitted signal output.
【請求項4】 構造部材の内部または表面に配設された
導電性を有する導線と、 該導線に沿って近接配置された導電性を有する導体と、 該導線の一端へ高周波信号を入力する高周波信号供給手
段と、 該高周波信号供給手段、および該導線の一端より出力さ
れる反射信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特
定するとともに、前記構造部材の損傷状態を判定する判
定手段とを備えて構成されていることを特徴とする構造
部材の健全性モニタリングセンサー。
4. A conductive wire disposed inside or on a surface of a structural member, a conductive conductor closely disposed along the conductive wire, and a high frequency inputting a high frequency signal to one end of the conductive wire. A signal supply unit; a high-frequency signal supply unit; and a determination unit configured to specify a damaged position of the structural member based on a reflected signal output from one end of the conductive wire and determine a damaged state of the structural member. A structural member health monitoring sensor, comprising: a sensor;
【請求項5】 請求項4記載の構造部材の健全性モニタ
リングセンサーであって、 前記構造部材には、少なくとも一対の前記導線が、同方
向に延在するように、なおかつ、互いに近接するように
配置され、 前記高周波信号供給手段は、前記一対の導線の少なくと
も一方に対して、その端部より前記高周波信号を供給す
る構成とされ、 前記判定手段は、前記高周波信号、前記導線の一方の端
部より出力される第一の反射信号、および、前記導線の
他方の端部より出力される第二の反射信号に基づいて、
前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造
部材の損傷状態を判定する構成とされていることを特徴
とする構造部材の健全性モニタリングセンサー。
5. The health monitoring sensor for a structural member according to claim 4, wherein the structural member has at least a pair of the conducting wires extending in the same direction and being close to each other. The high-frequency signal supply unit is configured to supply the high-frequency signal to at least one of the pair of conductors from an end thereof, and the determination unit includes the high-frequency signal and one end of the conductor. Based on the first reflected signal output from the unit, and the second reflected signal output from the other end of the conductor,
A structural member soundness monitoring sensor, wherein a damaged position of the structural member is specified and a damaged state of the structural member is determined.
【請求項6】 請求項4または5記載の構造部材の健全
性モニタリングセンサーであって、 前記判定手段は、前記高周波信号、前記導線の一端より
出力される反射信号、および前記導線の他端より出力さ
れる透過信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特
定する構成とされていることを特徴とする構造部材の健
全性モニタリングセンサー。
6. The health monitoring sensor for a structural member according to claim 4, wherein the determination unit receives the high-frequency signal, a reflection signal output from one end of the conductor, and the other end of the conductor. A structural member soundness monitoring sensor, wherein a damaged position of the structural member is specified based on the transmitted signal output.
【請求項7】 請求項1から6のいずれかに記載の構造
部材の健全性モニタリングセンサーであって、 前記導体には、少なくとも二以上の端子が接続され、 該端子には、これら端子間の抵抗値を測定する抵抗測定
手段が接続されていることを特徴とする構造部材の健全
性モニタリングセンサー。
7. The health monitoring sensor for structural members according to claim 1, wherein at least two or more terminals are connected to the conductor, and the terminal is connected between the terminals. A structural member health monitoring sensor to which a resistance measuring means for measuring a resistance value is connected.
【請求項8】 請求項1から7のいずれかに記載の構造
部材の健全性モニタリングセンサーであって、 前記導体の破断伸びは、前記導線の破断伸びよりも小と
されていることを特徴とする構造部材の健全性モニタリ
ングセンサー。
8. The sensor for monitoring the health of a structural member according to claim 1, wherein a breaking extension of the conductor is smaller than a breaking extension of the conductor. Health monitoring sensor for structural members.
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