JP2006234506A - Consolidation detector of concrete - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a consolidation detector of concrete for detecting the filled state and a consolidated state of the concrete cast in a form. <P>SOLUTION: The sensor means (sensor part) 5 installed in the form, in which the concrete is cast, to detect the filled state and consolidated state of the concrete is equipped with a diaphragm 52, the piezoelectric ceramic 50 provided to the outside surface of the diaphragm 52 as a piezoelectric detection element and the strain gauge 51, which is provided to the inside surface of the diaphragm 52 to detect the deformation of the diaphragm 52 caused by external pressure, as a strain detection element. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、打設したコンクリートのバイブレータによる締め固めを検知するコンクリート締め固め検知装置に関する。   The present invention relates to a concrete compaction detection device that detects compaction of a placed concrete by a vibrator.

従来、建築物の構造体には、プレキャストコンクリートで作られた型枠の内部に鉄筋を配し、そこへフレッシュコンクリートを充填する方法が採られている。
近年、デザインの多様化などから型枠の形状も複雑になっていることもあって、その複雑な形状の末端部までコンクリートが正しく充填されているかどうかを非破壊検査で容易に検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a building structure, a reinforcing bar is arranged inside a mold made of precast concrete, and fresh concrete is filled there.
In recent years, the shape of the formwork has become complicated due to diversification of design, etc., and there is a method for easily detecting whether the concrete is correctly filled up to the end of the complicated shape by nondestructive inspection. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、コンクリートの打設（コンクリートを型枠に流し込んでいく行為のことを言う）において、練られた直後のコンクリートは、固体で大きさも異なる砂や砂利及びセメント、液体である水、気体の空気泡など、全く異質なものの混合物にすぎず、各物質同士はそれぞれ摩擦力によって一応の形を成すものの、実際には他の物質と混ざり合うことに抵抗している。このようなことから、コンクリートの打設の際には、バイブレータによる振動を印加して締め固めを行うようにしている（例えば、特許文献２参照）。   Also, in concrete placement (referring to the action of pouring concrete into the formwork), the concrete immediately after being kneaded is solid, sand, gravel and cement of different sizes, liquid water, gaseous air It is just a mixture of completely different things such as bubbles, and each substance forms a temporary shape by frictional force, but actually resists mixing with other substances. For this reason, when placing concrete, compaction is performed by applying vibration by a vibrator (see, for example, Patent Document 2).

打設直後のコンクリートに振動を与えることで、液状化によりコンクリート密度が高まり、不要な混入空気が除去されて、過密配筋部や狭い型枠部でも骨材が均等に分布した、強度が高く、且つ奇麗なコンクリート構造物（製品）を得ることができる。   By applying vibration to the concrete immediately after placing, the concrete density increases due to liquefaction, unnecessary mixed air is removed, and the aggregate is evenly distributed even in overcrowded reinforcement and narrow formwork, high strength A beautiful concrete structure (product) can be obtained.

特開２００３−２０２３２８号公報JP 2003-202328 A 特開２００２−５４３０２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-54302

しかしながら、従来のバイブレーションによるコンクリートの締め固め方法にあっては、バイブレータによる締め固めの全てが人の管理に任されていて、実際にバイブレータをかけて締め固めを行ったか否かを自動的に記録する方法は無く、そのため、コンクリートが凝結して、脱型後、締め固め忘れによるコンクリートの品質低下がしばしば見られるという問題がある。なお、このバイブレータかけ忘れによる品質低下の問題は、モルタルの打設の場合も同様に生ずる。   However, in the conventional concrete compaction method by vibration, all the compaction by the vibrator is entrusted to human management, and it is automatically recorded whether the compaction was actually performed by applying the vibrator. There is no method to do this, and therefore, there is a problem that the concrete is condensed and the quality of the concrete is often deteriorated due to forgetting compaction after demolding. The problem of quality deterioration due to forgetting to apply the vibrator also occurs in the case of mortar placement.

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、打設したコンクリートのバイブレータによる締め固めを検知することができるコンクリート締め固め検知装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the situation which concerns, and it aims at providing the concrete compaction detection apparatus which can detect compaction by the vibrator of the placed concrete.

上記目的は下記構成により達成される。
（１） 打設したコンクリートの型枠内に設置し、前記型枠内におけるコンクリートの充填状況及び締め固め状況を検知するため、ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの外側面及び内側面のうちの一方の面に設けられる圧電検出素子と、他方の面に設けられ、前記ダイヤフラムの外圧による変形を検出する歪検出素子とを装備したセンサ手段を有し、
前記コンクリートの充填状況の検知においては、前記センサ手段の圧電検出素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して、前記型枠内のコンクリートが前記圧電検出素子に接触した際の周波数特性の変化を検出することで行い、
前記コンクリートの締め固め状況の検知においては、前記センサ手段の歪検出素子の歪出力値の変化を検出することで行うコンクリート締め固め検知装置。 The above object is achieved by the following configuration.
(1) Install in a cast concrete formwork and detect one of the diaphragm and the outer and inner faces of the diaphragm to detect the concrete filling and compaction situation in the formwork Sensor means equipped with a piezoelectric detection element provided on the other surface and a strain detection element provided on the other surface for detecting deformation due to external pressure of the diaphragm,
In the detection of the filling state of the concrete, an electric signal whose frequency changes with time is applied to the piezoelectric detection element of the sensor means, and the frequency characteristics when the concrete in the mold is in contact with the piezoelectric detection element By detecting changes in
A concrete compaction detecting device for detecting the concrete compaction status by detecting a change in a strain output value of a strain sensing element of the sensor means.

（２） 上記（１）に記載のコンクリート締め固め検知装置において、前記センサ手段の歪検出素子の歪出力値と前記型枠内でコンクリートが締め固められた状態を基準として値が決定された基準値とを比較し、その比較結果に基づいてコンクリートの締め固め状況を判定してその結果を報知する判定手段を備える。 (2) In the concrete compaction detection device according to (1), a value is determined based on a strain output value of the strain detection element of the sensor means and a state in which the concrete is compacted in the mold. A determination means for comparing the values, determining the concrete compaction status based on the comparison result, and notifying the result is provided.

（３） 上記（１）または（２）に記載のコンクリート締め固め検知装置において、前記センサ手段は、前記圧電検出素子が前記ダイヤフラムの外側面に設けられ、前記歪検出素子が前記ダイヤフラムの内側面に設けられている。 (3) In the concrete compaction detection apparatus according to (1) or (2), the sensor means includes the piezoelectric detection element provided on an outer surface of the diaphragm, and the strain detection element is an inner surface of the diaphragm. Is provided.

上記（１）（３）に記載のコンクリート締め固め検知装置では、センサ手段を歪検出素子とそれを取り付けたダイヤフラムを含む構成として、型枠内におけるコンクリートの締め固めによるコンクリート内の圧力の変化が検出できるので、型枠内におけるコンクリートの締め固め状況を検知することができる。また、このセンサ手段によって、型枠内のコンクリートの充填状況とコンクリートの締め固め状況とを一度に検知することができ、さらに型枠への取り付けが１個のセンサ手段で済むことから、検査作業の手間を軽減できると同時に、１個のセンサ手段で済むことから、その分、安価にできる。   In the concrete compaction detecting device according to the above (1) and (3), the sensor means includes a strain detecting element and a diaphragm to which the sensor means is attached, and the change in pressure in the concrete due to the compaction of the concrete in the mold is detected. Since it can detect, the concrete compaction situation in a formwork can be detected. In addition, the sensor means can detect the concrete filling condition and the concrete compaction condition in the mold at a time, and can be attached to the mold by a single sensor means. Can be reduced at the same time as only one sensor means is required.

上記（２）に記載のコンクリート締め固め検知装置では、判定手段が、センサ手段の歪検出素子の歪出力値と予め値が決定された基準値とを比較し、その比較結果に基づいてコンクリートの締め固め状況を判定し、結果を報知するので、打設後のコンクリートに対するバイブレーションのかけ忘れを確実に防止できる。これにより、締め固め忘れによるコンクリートの品質低下を無くすことができる。   In the concrete compaction detection apparatus according to the above (2), the determination means compares the strain output value of the strain detection element of the sensor means with a reference value whose value has been determined in advance, and based on the comparison result, Since the compaction state is determined and the result is notified, it is possible to reliably prevent forgetting to vibrate the concrete after placing. Thereby, deterioration of the quality of concrete due to forgetting compaction can be eliminated.

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るコンクリート締め固め検知装置の構成を示すブロック図である。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a concrete compaction detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

図１において、本実施の形態のコンクリート締め固め検知装置は、同期信号発生器１と、可変周波数発振器２と、増幅器３と、抵抗４と、センサ部５と、差動増幅器６と、４象限アナログ掛け算器７と、ローパスフィルタ８と、第１判定部９と、ブリッジ回路部１０と、増幅器１１と、比較器１２と、第２判定部１３とを備えている。   In FIG. 1, a concrete compaction detection apparatus according to the present embodiment includes a synchronization signal generator 1, a variable frequency oscillator 2, an amplifier 3, a resistor 4, a sensor unit 5, a differential amplifier 6, and a four quadrant. An analog multiplier 7, a low-pass filter 8, a first determination unit 9, a bridge circuit unit 10, an amplifier 11, a comparator 12, and a second determination unit 13 are provided.

同期信号発生器１は、可変周波数発振器２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。可変周波数発振器２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器１から同期信号が出力される毎に、初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。増幅器３は、可変周波数発振器２からの正弦波信号を、後述するセンサ部５の圧電セラミックス５０を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。   The synchronization signal generator 1 generates a synchronization signal for repeatedly operating the variable frequency oscillator 2. The variable frequency oscillator 2 generates a sinusoidal electric signal whose frequency continuously changes in a predetermined frequency range (for example, 1 kHz to 20 kHz). In this case, every time a synchronization signal is output from the synchronization signal generator 1, a sine wave signal is repeatedly generated from an initial frequency (for example, 1 kHz). The amplifier 3 amplifies the sine wave signal from the variable frequency oscillator 2 to a level at which a piezoelectric ceramic 50 of the sensor unit 5 described later can be driven, and outputs the amplified signal as an excitation signal Vr.

センサ手段となるセンサ部５は、図２の断面図に示すように、上述した圧電セラミックス５０と、ストレインゲージ５１と、有底円筒形状のダイヤフラム５２とを備えて構成される。ダイヤフラム５２は、一端が蓋部材５４で閉鎖され、他端には金属板５２ａが配置されている。金属板５２ａのダイヤフラム５２本体外側の面には、圧電検出素子として上述した圧電セラミックス５０が取り付けられており、その反対側の面、即ちダイヤフラム５２本体内側の面には、歪検出素子として上述したストレインゲージ５１が取り付けられている。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the sensor unit 5 serving as sensor means includes the piezoelectric ceramic 50 described above, a strain gauge 51, and a bottomed cylindrical diaphragm 52. One end of the diaphragm 52 is closed by a lid member 54, and a metal plate 52a is disposed at the other end. The piezoelectric ceramic 50 described above as a piezoelectric detection element is attached to the surface of the metal plate 52a on the outer side of the diaphragm 52 body, and the opposite surface, that is, the inner surface of the diaphragm 52 main body, has been described as a strain detection element. A strain gauge 51 is attached.

圧電セラミックス５０及びストレインゲージ５１夫々には電極線５３が配線されており、センサ部５から外側へ引き出されている。電極線５３はセンサ部５を配置した台座５５上の支柱５５ａに係止されている。圧電セラミックス５０は、電気信号を機械信号に変換して出力するものであり、コンクリートの型枠内への充填検知に用いられる。他方、ストレインゲージ５１は、歪による抵抗変化を起こすものであり、コンクリートの型枠内への締め固め検知に用いられる。   Electrode wires 53 are wired to the piezoelectric ceramics 50 and the strain gauge 51, respectively, and are drawn out from the sensor unit 5. The electrode wire 53 is locked to a support 55a on a pedestal 55 on which the sensor unit 5 is disposed. The piezoelectric ceramic 50 converts an electrical signal into a mechanical signal and outputs it, and is used for detecting filling of a concrete mold. On the other hand, the strain gauge 51 causes a resistance change due to strain, and is used to detect compaction of the concrete into the formwork.

ここで、図３はコンクリートの締め固めのイメージを示す模式図である。図３（ａ）は、型枠に打設したコンクリートの締め固め前の状態であり、ダイヤフラム５２にコンクリート６０が接触しているが、締め固めされていないためダイヤフラム５２に加わる圧力は少なく、即ちダイヤフラム５２の変形量が小さく歪は少ない。   Here, FIG. 3 is a schematic view showing an image of concrete compaction. FIG. 3 (a) shows a state before compaction of the concrete placed on the mold, and the concrete 60 is in contact with the diaphragm 52. However, since the concrete 60 is not compacted, the pressure applied to the diaphragm 52 is small. The deformation amount of the diaphragm 52 is small and the distortion is small.

一方、図３（ｂ）は、型枠に打設したコンクリートの締め固め後の状態であり、ダイヤフラム５２に加わる圧力は大きく、即ちダイヤフラム５２の変形量が大きく歪は大きい。このようなことから、ダイヤフラム５２の歪量を検知することで締め固め有無の検知が可能である。   On the other hand, FIG. 3B shows a state after the concrete placed on the mold is compacted, and the pressure applied to the diaphragm 52 is large, that is, the deformation amount of the diaphragm 52 is large and the distortion is large. For this reason, the presence or absence of compaction can be detected by detecting the amount of distortion of the diaphragm 52.

図１に戻り、抵抗４は、増幅器３とセンサ部５との間に直列に介挿され、その両端にはセンサ部５の圧電セラミックス５０に流れる電流に対応した電圧が発生する。圧電セラミックス５０に流れる電流は周波数の変化によって変化するので、抵抗４の両端に現れる電圧は圧電セラミックス５０の周波数特性を反映したものになる。差動増幅器６は、抵抗４の両端の電圧を増幅して電圧Ｖｉを出力する。   Returning to FIG. 1, the resistor 4 is inserted in series between the amplifier 3 and the sensor unit 5, and a voltage corresponding to the current flowing through the piezoelectric ceramics 50 of the sensor unit 5 is generated at both ends thereof. Since the current flowing through the piezoelectric ceramic 50 changes with changes in frequency, the voltage appearing at both ends of the resistor 4 reflects the frequency characteristics of the piezoelectric ceramic 50. The differential amplifier 6 amplifies the voltage across the resistor 4 and outputs the voltage Vi.

４象限アナログ掛け算器７は、加振用信号Ｖｒと電圧Ｖｉを乗算してこれらの電圧に対するノイズの影響を除去する。ローパスフィルタ８は、４象限アナログ掛け算器７の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。なお、本実施の形態では、抵抗４、差動増幅器６、４象限アナログ掛け算器７及びローパスフィルタ８を含めて周波数特性検出手段と呼ぶ。   The four-quadrant analog multiplier 7 multiplies the excitation signal Vr and the voltage Vi to remove the influence of noise on these voltages. The low-pass filter 8 outputs a signal (output voltage Vo) obtained by removing cos (2ωt + α + β) described below from the output signal of the 4-quadrant analog multiplier 7. In the present embodiment, the resistor 4, the differential amplifier 6, the 4-quadrant analog multiplier 7 and the low-pass filter 8 are collectively referred to as frequency characteristic detecting means.

第１判定部９は、図示せぬマイコンやＬＣＤ(液晶表示器)等の表示器を備えており、コンクリートがセンサ部５の圧電セラミックス５０に接触しないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ８から出力される信号から、圧電セラミックス５０に対する型枠内におけるコンクリートの接触・非接触を判定し、その結果（良否）を表示器に表示する。この場合、圧電セラミックス５０の固有の振動周波数特性を一度設定しておけば以後のメンテナンス時以外、再設定する必要はない。なお、この圧電セラミックス５０の固有の振動周波数特性はマイコンに記憶される。   The first determination unit 9 includes a display such as a microcomputer or an LCD (liquid crystal display) (not shown). Based on the characteristic vibration frequency characteristic when the concrete does not contact the piezoelectric ceramics 50 of the sensor unit 5, From the signal output from the low-pass filter 8, it is determined whether or not the concrete in the mold is in contact with the piezoelectric ceramic 50, and the result (good or bad) is displayed on the display. In this case, once the inherent vibration frequency characteristic of the piezoelectric ceramic 50 is set, it is not necessary to reset it except during subsequent maintenance. The inherent vibration frequency characteristic of the piezoelectric ceramic 50 is stored in the microcomputer.

上述した同期信号発生器１、可変周波数発振器２、増幅器３、抵抗４、センサ部５の圧電セラミックス５０、差増増幅器６、４象限アナログ掛け算器７、ローパスフィルタ８及び第１の判定部９は、コンクリートの型枠への充填を検知する充填検知回路を構成する。   The synchronous signal generator 1, variable frequency oscillator 2, amplifier 3, resistor 4, piezoelectric ceramics 50 of the sensor unit 5, differential amplifier 6, quadrant analog multiplier 7, low-pass filter 8, and first determination unit 9 are described above. A filling detection circuit for detecting filling of the concrete formwork is configured.

ブリッジ回路部１０は、センサ部５のストレインゲージ５１の他、３つの抵抗Ｒ１〜抵抗Ｒ３によってブリッジを形成し、ブリッジの２つの入力端間には、ブリッジ電圧発生器１０ａからブリッジ電圧が印加される。ブリッジ回路部１０の出力端間には、ストレインゲージ５１の抵抗値に比例した電位差が現れる。増幅器１１は、ブリッジ回路部１０の出力端間の電位差により生ずる電流を増幅する。比較器１２は、増幅器１１からの歪出力と基準電圧Ｖrefとを比較し、歪出力が基準電圧Ｖrefを超えると出力がＨレベルになる。ここで、基準電圧Ｖrefは、型枠内においてコンクリートの締め固めが成された状態を基準として値が決定されており、歪出力が基準電圧Ｖrefを超えることは、締め固め状態にあることを示す。なお、本実施の形態では、基準電圧Ｖrefの設定を第２判定部１３にて自由に行えるようにしている。   The bridge circuit unit 10 forms a bridge by the three resistors R1 to R3 in addition to the strain gauge 51 of the sensor unit 5, and a bridge voltage is applied from the bridge voltage generator 10a between the two input terminals of the bridge. The A potential difference proportional to the resistance value of the strain gauge 51 appears between the output terminals of the bridge circuit unit 10. The amplifier 11 amplifies the current generated by the potential difference between the output terminals of the bridge circuit unit 10. The comparator 12 compares the distortion output from the amplifier 11 with the reference voltage Vref, and when the distortion output exceeds the reference voltage Vref, the output becomes H level. Here, the value of the reference voltage Vref is determined based on the state in which the concrete is compacted in the mold, and the fact that the strain output exceeds the reference voltage Vref indicates that the concrete is in a compacted state. . In the present embodiment, the reference voltage Vref can be freely set by the second determination unit 13.

第２判定部１３は、図示せぬマイコン、ＬＣＤ(液晶表示器)等の表示器、ブザー等の鳴動器、基準電圧Ｖrefの設定器等を備えており、比較器１２の出力を基に締め固めの有無を判定し、比較器１２の出力がＨレベルのときに、型枠内のコンクリートが締め固め状態にあると判断する。判断した結果はＬＣＤに表示し、また判断した結果、コンクリートが締め固め状態になければ警報音を発生して報知する。なお、この第２判定部１３を、上述した第１判定部９と１つの判定部としてまとめても構わない。まとめることで部品点数少なくでき、コストの削減が可能となる。   The second determination unit 13 includes a microcomputer (not shown), a display device such as an LCD (liquid crystal display), a sounding device such as a buzzer, a setting device for a reference voltage Vref, and the like, and is tightened based on the output of the comparator 12. The presence or absence of compaction is determined, and when the output of the comparator 12 is at the H level, it is determined that the concrete in the mold is in a compacted state. The judgment result is displayed on the LCD, and if the judgment result shows that the concrete is not in a compacted state, an alarm sound is generated and notified. Note that the second determination unit 13 may be combined as the first determination unit 9 and the one determination unit described above. By combining them, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.

上述したセンサ部５のストレインゲージ５１、ブリッジ回路部１０、増幅器１１及び比較器１２は、コンクリート締め固め検知回路を構成する。   The strain gauge 51, the bridge circuit unit 10, the amplifier 11, and the comparator 12 of the sensor unit 5 described above constitute a concrete compaction detection circuit.

このような構成において、可変周波数発振器２にて発生した正弦波信号は、増幅器３で増幅して加振用電圧Ｖｒとしてセンサ部５の圧電セラミックス５０に入力され、圧電セラミックス５０にて機械的振動を発生する。加振用電圧Ｖｒは４象限アナログ掛け算器７へも入力される。圧電セラミックス５０に機械的振動が発生すると、抵抗４の両端には圧電セラミックス５０に流れる電流に対応する電圧が発生する。この電圧が差動増幅器６にて増幅されて電圧Ｖｉが出力される。電圧Ｖｉと増幅器３からの加振用電圧Ｖｒとが４象限アナログ掛け算器７にて乗算される。そして、その出力がローパスフィルタ８にてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏが得られる。   In such a configuration, the sine wave signal generated by the variable frequency oscillator 2 is amplified by the amplifier 3 and input to the piezoelectric ceramic 50 of the sensor unit 5 as the excitation voltage Vr, and mechanical vibration is generated by the piezoelectric ceramic 50. Is generated. The excitation voltage Vr is also input to the 4-quadrant analog multiplier 7. When mechanical vibration is generated in the piezoelectric ceramic 50, a voltage corresponding to the current flowing through the piezoelectric ceramic 50 is generated at both ends of the resistor 4. This voltage is amplified by the differential amplifier 6 to output the voltage Vi. The four-quadrant analog multiplier 7 multiplies the voltage Vi and the excitation voltage Vr from the amplifier 3. Then, the cos (2ωt + α + β) component is removed from the output by the low-pass filter 8, and the output voltage Vo is obtained.

この出力信号Ｖｏは、加振用電圧Ｖｒの周波数変化に対する圧電セラミックス５０の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。このとき、圧電セラミックス５０の表面に充填物が接触していないと、圧電セラミックス５０の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が図４に示すように現れる。そして、この圧電セラミックス５０の周りにコンクリートが充填されると、圧電セラミックス５０の振動特性が変化して、図５に示すようにピーク電圧の位置と大きさが変化する。第１判定部９はこのピーク電圧の変化からコンクリートの充填状況を判定し、その結果を表示器上に表示する。これにより、容易にコンクリートの充填を判別することができる。   This output signal Vo is a signal reflecting the frequency characteristics (amplitude and phase) of the piezoelectric ceramic 50 with respect to the frequency change of the excitation voltage Vr. At this time, if the filler is not in contact with the surface of the piezoelectric ceramic 50, a voltage having a peak at a frequency near the natural frequency of the piezoelectric ceramic 50 appears as shown in FIG. When concrete is filled around the piezoelectric ceramic 50, the vibration characteristics of the piezoelectric ceramic 50 change, and the position and magnitude of the peak voltage change as shown in FIG. The 1st determination part 9 determines the concrete filling condition from the change of this peak voltage, and displays the result on a display. Thereby, it is possible to easily determine whether the concrete is filled.

上記作動原理を、数式を用いて説明すると、以下のようになる。ここで、Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）、Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。   The operation principle will be described using mathematical expressions as follows. Here, it is assumed that Vr = Asin (ωt + α) and Vi = Bsin (ωt + β). However, A and B are amplitudes, ωt is a frequency, and α and β are phase shifts.

Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２ （１） Vr × Vi = Asin (ωt + α) × Bsin (ωt + β)
= AB [cos (β-α) -cos (2ωt + α + β)] / 2 (1)

式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。   The part of cos (β−α) in the equation (1) is a direct current component that changes in accordance with the phase difference, and includes the amplitude component of the voltage Vi. The portion of cos (2ωt + α + β) is a signal having a frequency twice that of the original excitation voltage Vr and voltage Vi. Since the necessary frequency characteristic information is the amplitude (magnitude) of the voltage Vi, only cos (β−α) in the equation (1) is sufficient.

したがって、ローパスフィルタ２３を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。図４及び図５で示したように、型枠内にコンクリートが充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することで、その状況を検知することができる。   Therefore, the component of cos (2ωt + α + β) may be removed by passing through the low-pass filter 23. In this way, frequency characteristics appear in the form of voltage in the output voltage Vo. As shown in FIGS. 4 and 5, when concrete is filled into the mold, the situation can be detected by changing the peak frequency and level.

一方、ブリッジ回路部１０の出力端間には、センサ部５のストレインゲージ５１の抵抗値に応じた電流が流れ、増幅器１１で増幅されて歪出力が得られる。この歪出力と基準電圧Ｖrefとが比較器１２で比較されて、歪出力が基準電圧Ｖrefを超える場合に比較器１２の出力がＨレベルになる。   On the other hand, a current corresponding to the resistance value of the strain gauge 51 of the sensor unit 5 flows between the output terminals of the bridge circuit unit 10 and is amplified by the amplifier 11 to obtain a distortion output. The distortion output and the reference voltage Vref are compared by the comparator 12, and when the distortion output exceeds the reference voltage Vref, the output of the comparator 12 becomes H level.

比較器１２の出力は第２判定部１３に入力されて、第２判定部１３にて締め固めの有無が判定される。この場合、比較器１２に印加される基準電圧Ｖrefは、型枠内においてコンクリートの締め固めが成された状態を基準としてその値が決定されているので、第２判定部１３は、比較器１２の出力がＬレベルのときは、型枠内においてコンクリートの締め固めが未処理であると判断し、比較器１２の出力がＨレベルのときは、型枠内においてコンクリートの締め固めが行われたと判断する。   The output of the comparator 12 is input to the second determination unit 13, and the second determination unit 13 determines the presence or absence of compaction. In this case, since the value of the reference voltage Vref applied to the comparator 12 is determined with reference to a state in which the concrete is compacted in the mold, the second determination unit 13 uses the comparator 12. When the output of L is at the L level, it is determined that the compaction of the concrete is not yet processed in the mold, and when the output of the comparator 12 is at the H level, the concrete is compacted in the mold. to decide.

即ち、型枠内においてコンクリートの締め固めが行われていないときは、センサ部５のダイヤフラム５２に加わる圧力は図３（ａ）に示すように小さいので、ダイヤフラム５２の変形量は小さくストレインゲージ５１の歪量は小さい。ストレインゲージ５１の歪量が小さいときは、ブリッジ回路部１０のブリッジバランスの崩れが小さいことから、増幅器１１の歪出力は小さく基準電圧Ｖref未満であるので、比較器１２の出力はＬレベルのままである。   That is, when the concrete is not compacted in the mold, the pressure applied to the diaphragm 52 of the sensor unit 5 is small as shown in FIG. 3A, so that the deformation amount of the diaphragm 52 is small and the strain gauge 51 The amount of distortion is small. When the strain amount of the strain gauge 51 is small, since the collapse of the bridge balance of the bridge circuit unit 10 is small, the distortion output of the amplifier 11 is small and less than the reference voltage Vref, so the output of the comparator 12 remains at the L level. It is.

これに対して、型枠内においてコンクリートの締め固めが行われると、センサ部５のダイヤフラム５２に加わる圧力が徐々に大きくなって行き、ダイヤフラム５２の変形は大きくなって行く。ダイヤフラム５２の変形量が大きくなるに従ってストレインゲージ５１の歪量は大きくなって行くことから、ブリッジ回路部１０のブリッジバランスの崩れが大きくなって行き、増幅器１１の歪出力が大きくなる。そして、増幅器１１の歪出力が基準電圧Ｖrefを超えると、比較器１２の出力がＬレベルからＨレベルに変化する。これにより、第２判定部１３は、コンクリートの締め固めが行われたと判断する。   On the other hand, when the concrete is compacted in the mold, the pressure applied to the diaphragm 52 of the sensor unit 5 gradually increases, and the deformation of the diaphragm 52 increases. As the amount of deformation of the diaphragm 52 increases, the strain amount of the strain gauge 51 increases, so that the bridge balance of the bridge circuit unit 10 is greatly broken, and the distortion output of the amplifier 11 increases. When the distortion output of the amplifier 11 exceeds the reference voltage Vref, the output of the comparator 12 changes from L level to H level. Thereby, the 2nd determination part 13 judges that concrete compaction was performed.

このように、本実施の形態のコンクリート締め固め検知装置によれば、所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波の電気信号を発生させて、この電気信号をセンサ部５の圧電セラミックス５０に印加して振動周波数特性を検出し、この振動周波数特性をもとに型枠内に充填したコンクリートが圧電セラミックス５０に接触した際の周波数特性の変化を検出するようにしたので、コンクリートの型枠内における充填状況を検知することができる。   Thus, according to the concrete compaction detection apparatus of the present embodiment, a sine wave electric signal whose frequency changes with time in a predetermined range is generated, and this electric signal is generated by the piezoelectric ceramics 50 of the sensor unit 5. The vibration frequency characteristic is detected by applying to the piezoelectric ceramic 50, and the change of the frequency characteristic when the concrete filled in the mold contacts the piezoelectric ceramic 50 is detected based on the vibration frequency characteristic. The filling status within the frame can be detected.

また、センサ部５を、ストレインゲージ５１と、それを取り付けたダイヤフラム５２を含む構成として、コンクリートの締め固めによるコンクリート内の圧力の変化を検出するようにしたので、型枠内におけるコンクリートの締め固め状況を検知することができ、締め固め忘れによるコンクリートの品質低下を無くすことができる。また、このセンサ部５によって、型枠内のコンクリートの充填状況とコンクリートの締め固め状況とを一度に検知することができ、さらに型枠への取り付けが１個のセンサ手段で済むことから、検査作業の手間を軽減できると同時に、１個のセンサ手段で済むことから、その分、安価にできる。   Further, since the sensor unit 5 includes a strain gauge 51 and a diaphragm 52 to which the sensor unit 5 is attached, the change in the pressure in the concrete due to the compaction of the concrete is detected. The situation can be detected and the deterioration of the concrete quality due to forgetting compaction can be eliminated. In addition, the sensor unit 5 can detect the concrete filling state and the concrete compaction state in the mold at a time, and further, it can be attached to the mold by a single sensor means. The labor of the operation can be reduced and at the same time, only one sensor means is required, so that the cost can be reduced accordingly.

なお、上記実施の形態では、コンクリートの締め固め状況を検知するようにしたが、モルタルでも同様である。
また、上記実施の形態では、ダイヤフラム５２本体外側の面に圧電検出素子を取り付け、他方ダイヤフラム５２本体内側の面に歪検出素子を取り付ける構成としたが、歪検出素子の保護を図れば、圧電検出素子と歪検出素子とを逆に取り付けることも可能である。 In addition, in the said embodiment, although the compaction condition of concrete was detected, it is the same also with mortar.
In the above embodiment, the piezoelectric detection element is attached to the outer surface of the diaphragm 52 main body and the strain detection element is attached to the inner surface of the diaphragm 52 main body. It is also possible to reversely attach the element and the strain detection element.

コンクリート打設時における型枠内へのコンクリートの充填状況、型枠内におけるコンクリートの締め固め状況を検知する用途への適用が可能である。   The present invention can be applied to the use of detecting the condition of filling concrete into the formwork and placing the concrete in the formwork at the time of placing the concrete.

本発明の一実施の形態に係るコンクリート締め固め検知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the concrete compaction detection apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 図１のコンクリート締め固め検知装置に用いられるセンサ部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the sensor part used for the concrete compaction detection apparatus of FIG. 図１のコンクリート締め固め検知装置におけるコンクリート締め固め検知を説明するための図で、（ａ）は締め固め前を、（ｂ）は締め固め後の状態を示す。It is a figure for demonstrating the concrete compaction detection in the concrete compaction detection apparatus of FIG. 1, (a) is before compaction, (b) shows the state after compaction. 図１のコンクリート締め固め検知装置の測定結果の一例を示す図で、型枠内にコンクリートが無い場合の出力電圧波形図である。It is a figure which shows an example of the measurement result of the concrete compaction detector of FIG. 1, and is an output voltage waveform diagram when there is no concrete in a mold. 図１のコンクリート締め固め検知装置の測定結果の一例を示す図で、型枠内にコンクリートが充填された場合の出力電圧波形図である。It is a figure which shows an example of the measurement result of the concrete compaction detection apparatus of FIG. 1, and is an output voltage waveform diagram when concrete is filled in the mold.

符号の説明Explanation of symbols

１ 同期信号発生器
２ 可変周波数発振器
３、１１ 増幅器
４ 抵抗
５ センサ部
６ 差動増幅器
７ ４象限アナログ掛け算器
８ ローパスフィルタ
９ 第１判定部
１０ ブリッジ回路部
１０ａ ブリッジ電圧発生器
１２ 比較器
１３ 第２判定部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Synchronous signal generator 2 Variable frequency oscillator 3, 11 Amplifier 4 Resistance 5 Sensor part 6 Differential amplifier 7 4 quadrant analog multiplier 8 Low pass filter 9 1st determination part 10 Bridge circuit part 10a Bridge voltage generator 12 Comparator 13 1st 2 judgment part

Claims (3)

打設したコンクリートの型枠内に設置し、前記型枠内におけるコンクリートの充填状況及び締め固め状況を検知するため、ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの外側面及び内側面のうちの一方の面に設けられる圧電検出素子と、他方の面に設けられ、前記ダイヤフラムの外圧による変形を検出する歪検出素子とを装備したセンサ手段を有し、
前記コンクリートの充填状況の検知においては、前記センサ手段の圧電検出素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して、前記型枠内のコンクリートが前記圧電検出素子に接触した際の周波数特性の変化を検出することで行い、
前記コンクリートの締め固め状況の検知においては、前記センサ手段の歪検出素子の歪出力値の変化を検出することで行うコンクリート締め固め検知装置。 Installed in the cast concrete formwork, and is provided on one of the diaphragm and the outer and inner faces of the diaphragm to detect the concrete filling and compaction situation in the formwork Sensor means equipped with a piezoelectric detection element and a strain detection element provided on the other surface and detecting deformation due to the external pressure of the diaphragm,
In the detection of the filling state of the concrete, an electric signal whose frequency changes with time is applied to the piezoelectric detection element of the sensor means, and the frequency characteristics when the concrete in the mold is in contact with the piezoelectric detection element By detecting changes in
A concrete compaction detecting device for detecting the concrete compaction status by detecting a change in a strain output value of a strain sensing element of the sensor means. 前記センサ手段の歪検出素子の歪出力値と前記型枠内でコンクリートが締め固められた状態を基準として値が決定された基準値とを比較し、その比較結果に基づいてコンクリートの締め固め状況を判定してその結果を報知する判定手段を備える請求項１に記載のコンクリート締め固め検知装置。   The strain output value of the strain detection element of the sensor means is compared with a reference value determined based on the state in which the concrete is compacted in the mold, and the concrete compaction status based on the comparison result The concrete compaction detection device according to claim 1, further comprising a determination unit configured to determine the above and notify the result. 前記センサ手段は、前記圧電検出素子が前記ダイヤフラムの外側面に設けられ、前記歪検出素子が前記ダイヤフラムの内側面に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンクリート締め固め検知装置。   3. The concrete fastening according to claim 1, wherein the sensor means includes the piezoelectric detection element provided on an outer surface of the diaphragm, and the strain detection element provided on an inner surface of the diaphragm. Firmness detection device.
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