JP2007085850A - コンクリート劣化因子検出方法及び検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非破壊非接触で、コンクリートの劣化因子を正確に検出することができるコンクリート劣化因子検出方法を提供する。
【解決手段】 コンクリート面Ｃを撮像して可視光画像７０を取得し、他方、そのコンクリート面Ｃに赤外線Ｌを照射すると共に、コンクリート面Ｃからの反射光Ｌ１をスキャニング装置１２を介して分光器１４に入力し、その分光器１４で特定の劣化因子を検出するための特定の波長の光強度に基づく吸光度を検出すると共に、その吸光度に基づいて量子化し、その量子化した値を基に上記測定したコンクリート面Ｃに対応させて濃淡或いは色に表して劣化因子画像８０を取得し、その劣化因子画像７０と上記可視光画像８０とを合成してコンクリート面の劣化因子とその箇所を特定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コンクリート構造物の劣化因子を、分光分析法を用いて非破壊非接触に検出するコンクリート劣化因子検出方法及び検出装置に関するものである。

従来、コンクリート構造物の劣化部分を検出するには、コンクリート構造物の一部をサンプルとして採取して劣化要因となる成分（劣化因子）の種類と濃度を分析する方法が一般的であった。

一方、劣化因子濃度の検出を、劣化因子が吸収する波長帯を含む光を、測定対象とするコンクリート面に照射し、そのコンクリート面での反射光（散乱光）を受光し、特定の物質の反射光が劣化因子の濃度に依存して特定波長域で減衰する現象を利用した分光分析法を利用して、コンクリート構造物の劣化因子の濃度分布状況を非破壊・非接触的に検出する方法が提案されている。

この劣化因子検出方法では、目視ではわからないコンクリートの劣化について化学的な分析をサンプルを採取することなく行うことができる。これにより、検査の簡略化、低コスト化を図ることができるといった利点がある。

金田尚志（東京大学生産技術研究所），（芝浦工業大学大学院），魚本健人（東京大学生産技術研究所）「コンクリート工学」vol.43，No3，p.37-44

従来のコンクリート表面の目視検査による方法では、明かな見た目の違いにより劣化部分を判別するため、目視では確認できない劣化因子の濃度分布状況、劣化原因（劣化因子の種類）が判別できないといった問題があった。

また、大抵、ビルや橋梁等のコンクリート構造物の劣化診断は屋外で行われる。そのため、分光分析法によるコンクリート構造物の劣化診断では、日射（照度）、温度、湿度或いは風速といった環境的な影響因子が検出される吸光度に影響する。すなわち、測定機会ごとに検出される反射光の吸光度が、劣化因子による吸収以外の要因で変化する（検出バックグラウンドに揺らぎが生じる）可能性があり、コンクリート構造物に含まれる劣化因子の定量的な評価をすることが困難である。

さらに、このような影響因子は環境的なものだけではなく、その他に、骨材やセメントの種類、表面の凹凸、汚れや含水等といったコンクリート自体が有する影響因子もある。したがって、これらの影響因子により正確なコンクリートの劣化度（劣化因子の濃度に依存する反射光の吸光度）を測定することは困難である。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、非破壊非接触で、コンクリートの劣化因子を正確に検出することができるコンクリート劣化因子検出方法及び検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、測定対象とする構造物のコンクリート面の劣化を光学的に検出する方法において、
測定するコンクリート面を撮像して可視光画像を取得し、他方、そのコンクリート面に赤外線を照射すると共に、コンクリート面からの反射光をスキャニング装置を介して分光器に入力し、その分光器で特定の劣化因子を検出するための特定の波長の光強度に基づく吸光度を検出すると共に、その吸光度を劣化因子の濃度に換算してその濃度を量子化し、その量子化した値を基に上記測定するコンクリート面に対応させて濃淡或いは色に表して劣化因子画像を取得し、その劣化因子画像と上記可視光画像とを合成するコンクリート劣化因子検出方法である。

請求項２の発明は、上記吸光度の検出が、波長1410ｎｍ、2390ｎｍ、或いは3980ｎｍ付近の吸光度を計測して中性化因子を検出する請求項１記載のコンクリート劣化因子検出方法である。

請求項３の発明は、上記吸光度の検出が、波長2260ｎｍ付近の吸光度を計測して塩害因子を検出する請求項１または２記載のコンクリート劣化因子検出方法である。

請求項４の発明は、上記吸光度の検出が、波長1410ｎｍ、1750ｎｍ付近の吸光度を計測して硫酸塩因子を検出する請求項１〜３いずれかに記載のコンクリート劣化因子検出方法である。

請求項５の発明は、吸光度の検出が、特定の劣化因子を検出する特定波長前後の波長帯域における光強度分布から変化分のみを抽出して求める請求項１〜４いずれかに記載のコンクリート劣化因子検出方法である。

請求項６の発明は、吸光度の検出が、コンクリート面からの反射光に基づく特定波長の光強度と光源出射光に基づく特定波長の光強度との差分を計測して求める請求項１〜４いずれかに記載のコンクリート劣化因子検出方法である。

請求項７の発明は、測定対象とする構造物のコンクリート面の劣化を光学的に検出する装置において、測定するコンクリート面を撮像して可視光画像を取得する撮像装置と、コンクリート面に赤外線を照射する光源と、コンクリート面からの反射光を取り込むスキャニング装置と、取り込まれた反射光から特定の劣化因子を検出するための特定の波長の光強度に基づく吸光度を検出する分光器と、その吸光度を劣化因子の濃度に換算してその濃度を量子化し、その量子化した値を基に上記測定するコンクリート面に対応させて濃淡或いは色に表して劣化因子画像を取得し、その劣化因子画像と上記可視光画像とを合成する画像処理装置とを備えたコンクリート劣化因子検出装置である。

本発明によれば、非破壊非接触で、コンクリートの劣化因子を正確に検出することができるといった優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施の形態のコンクリート劣化因子検出方法は、分光分析法を用いた検出方法であり、まず、本検出方法に用いるコンクリート劣化因子検出装置について説明する。

図２（ａ）に示すように、コンクリート劣化因子検出装置は、分光分析装置１０と、図示されない撮像装置と、図示されない画像処理装置とを備える。

撮像装置は、測定するコンクリート面を撮像して可視光画像を取得するものであり、画像処理装置は、後に詳述するが、撮像装置で得られた画像と、分光分析装置１０の出力に基づく画像とを合成（照合）させるものである。

分光分析装置１０は、測定の対象となるコンクリート面Ｃに光を照射して、その反射光からコンクリート面Ｃにおける劣化因子等の２次元分布を計測する装置であり、光源１１と、スキャニング装置１２と、マルチチャンネル分光器（以下、分光器）１４と、演算手段１５とを備える。

光源１１は、コンクリート面Ｃに光を照射する部材である。光源１１から出射される光（光源出射光）Ｌとしては、塩害因子、中性化因子、硫酸塩因子の劣化因子を検出するため、これらの劣化因子が吸収ピークを有する赤外線（特に、近赤外〜中赤外）を含む光であればよい。

スキャニング装置１２は、分光器１４と光ファイバ１３を介して光学的に接続され、コンクリート面Ｃから反射された光のうち、コンクリート面Ｃ内に並ぶ複数の点のうち一点（計測点ｐ）からの反射光を順次分光器１４に取り込むものである。具体的には、図２（ｂ）に示すように、スキャニング装置１２は、ポリゴンミラー１６及びガルバノミラー１７を備えている。ポリゴンミラー１６は、回転軸の周囲に一連の平面ミラーを備えた回転多面体からなる偏向器であり、ガルバノミラー１７は、単一のミラーに軸を付け、電気信号に応じてミラーの回転角を変えられるようにした偏向器である。本装置１０では、ポリゴンミラー１６が図２（ｂ）中紙面に垂直な軸を回転軸として回転して、コンクリート面Ｃを横方向（図２（ａ）中ｉ方向）に走査し、ガルバノミラー１７が図２（ｂ）中紙面に平行な軸を回動軸として回動して、コンクリート面Ｃを縦方向（図２（ａ）中ｊ方向）に走査するように構成している。

演算手段１５は、分光器１４に電気的に接続され、分光器１４から出力されるデータを演算処理するものである。演算手段１５には、画像処理装置が接続される。

分光器１４は、光ファイバ１３の他端側に光学的に接続される。分光器１４は、図３に示すように、光の伝搬方向上流側から、回折格子３１、光反射偏向手段３２、アパチャ３３、集光手段３４、光検出器３５の順に設けられる。

回折格子３１には、光ファイバ１３を経て出射された光Ｌ１が照射され、反射されると共に、各所定の波長ごとに分光される。ここで、光Ｌ１は、光源１１から出射された光がコンクリート面Ｃに照射され、そのコンクリート面Ｃで反射（或いは散乱）されてスキャニング装置１２から導かれてなるものである。

光反射偏向手段３２には、回折格子３１で分光された光Ｌ１が照射され、反射、偏向される。この光反射偏向手段３２は、後の詳述するが、分光された光Ｌ１を所定の波長ごとに掃引、変調するMEMSアクチュエータを有する。

アパチャ３３は、偏向された光Ｌ１の通過／遮断を行う遮光絞りである。偏向された光Ｌ１が、遮断体３３ａに照射されると伝搬遮断となる。また、偏向された光Ｌ１が、隣接する遮断体３３ａ間の開口部に向けて照射されると通過となる。遮断体３３ａの形状は、特に限定するものではなく、矩形状の他に、円形状であってもよい。開口部は、遮断体３３ａ自体に設けた溝（スリット）であってもよい。

集光手段３４は、分光器１４内で拡径した光を光検出器３５に集光させる部材であり、慣用の集光レンズを用いている。

光検出器３５は、集光手段３４によって集光された光Ｌ１を検出し、光Ｌ１の光強度を出力するものである。光検出器３５には、ＡＣアンプ等を介して演算手段（例えば、データ演算装置）１５が電気的に接続されており、演算手段１５は光検出器３５の出力値を記憶し、その出力値に基づいて、コンクリート面Ｃの二次元分布を算出する手段である。

次に、コンクリート劣化因子検出方法について説明する。

図１は本発明に係るコンクリート劣化因子検出方法の好適な実施の形態を示したフローチャート図である。

図１に示すように、ステップS1では、撮像装置で、測定対象とする構造物のコンクリート面Ｃを撮像して可視光画像を取得する。撮像装置とは、慣用のカメラ、好ましくはデジタルカメラ等であり、可視光画像とは、例えば、慣用のカメラで撮像した写真等であり、画像の加工が容易なデジタルカメラで撮像した画像であるのが好ましい。尚、図７に、ステップS1で撮像した可視光画像７０を示す。この可視光画像７０は、橋梁を斜め下方から撮ったものであり、張り出し部のみに目視で判別できる劣化部分が現れているのがわかる。

他方、ステップS2では、コンクリート面Ｃに赤外線を含む光Ｌを照射し、コンクリート面Ｃからの反射光を順次分光器１４に取り込み、特定の劣化因子を検出するための特定の波長に基づく吸光度を検出する。この吸光度の検出方法について詳細に説明する。

まず、光源１１からコンクリート面Ｃ２０に光Ｌを照射する。光源１１から照射された光Ｌは、コンクリート面Ｃで反射され、反射光Ｌ１として出射する。その際、スキャニング装置１２は、ポリゴンミラー１６及びガルバノミラー１７の角度を調整してコンクリート面Ｃ内の計測点ｐ（１，１）からの反射光Ｌ１を捉える。具体的には、光ファイバ１３に反射光Ｌ１が入射されるようポリゴンミラー１６及びガルバノミラー１７と反射光Ｌ１の光軸が合致するように光軸の調整がなされる。

スキャニング装置１２によって光軸の合わせられた反射光Ｌ１は光ファイバ１３を経由して分光器１４へ入射される。分光器１４内へ入射した光Ｌ１は回折格子３１で所定波長ごとの光に分光されて、光反射偏向手段３２へ向かう。

分光された反射光Ｌ１は光反射偏向手段３２で反射、偏向される。光反射偏向手段３２は、例えば、MEMS型プログラマブル回折格子であり、このMEMS型プログラマブル回折格子はMEMSアクチュエータを備える（以下、MEMSと称する）。MEMSに到達した光Ｌ１は、所定の角度範囲で高速で反射、偏向されアパチャ３３へと向かう。この反射、偏向によって、反射光Ｌ１のうち、分光された各波長の光ごとに光強度が調整される。

例えば、図４（ａ）に示すように、MEMSは、基板４１上に静止電極４２ａ…４２ｎ（図４（ａ）中では４２ａのみ図示）が設けられ、各静止電極４２ａ…４２ｎと離間して移動電極４３ａ…４３ｎ（図４（ａ）中では４３ａのみ図示）を設けたものである。各移動電極４３ａ…４３ｎは、各静止電極４２ａ…４２ｎに対して当接、離間自在（図４（ａ）中では上下方向移動自在）に設けられる。また、各移動電極４３ａ…４３ｎは、基板４１に設けられる脚部４４ａ，４４ｂと、電極本体部（ミラー部）４５と、一端が脚部４４ａ，４４ｂに固定して設けられ、他端が電極本体部４５を吊設するフレキシブル接続部４６ａ，４６ｂとを有している。フレキシブル接続部４６ａ，４６ｂの厚さＤ１は、電極本体部４５の厚さＤ２よりも薄く（例えば、約１／３）形成しておくことで、フレキシブル接続部４６ａ，４６ｂは自在に屈曲される。電極本体部４５は剛直で、屈曲しない。各静止電極４２ａ…４２ｎは、それぞれが制御手段（例えば、コンピュータ（図示せず））に独立して接続されている。

各静止電極４２ａ…４２ｎと各移動電極４３ａ…４３ｎ間の電圧（電位差）を、制御手段によりそれぞれ制御することで、各移動電極４３ａ…４３ｎを独立させて駆動させることができる。その結果、各静止電極４２ａ…４２ｎと各移動電極４３ａ…４３ｎ間の離間距離Ｈ１…Ｈｎ（図４（ａ）中ではＨ１のみ図示）を、それぞれ無段階に自在に調節することができる。電圧と離間距離Ｈ１…Ｈｎとの関係は予め検量線を作成しておき、この検量線に基づいて、離間距離Ｈ１…Ｈｎを調節する。このように、静止電極と移動電極の各離間距離Ｈ１…Ｈｎを、それぞれ無段階に自在に調節することができる。また、MEMSは、各移動電極４３ａ…４３ｎが並ぶ方向と回折格子３１の溝が並ぶ方向とが平行になるよう配置され、回折格子３１で分光された光Ｌ１のうち、それぞれ波長の異なる光がそれぞれ異なる移動電極にて反射される。したがって、アパチャ３３を通過する光の強度を波長帯ごとに調節することができる。また、MEMSの各移動電極４３ａ…４３ｎの制御は、高速で、かつ、制御手段によって同期させて行われる。

具体的には、図４（ｂ）に示すように、全ての移動電極４３ａ…４３ｎを動かさず、静止電極４２ａ…４２ｎから離間させたままとすることで（全ＯＮ時）、アパチャ２３において、所定の波長帯の光（図４（ｂ）中では光４９ａ〜４９ｃ）が全て通過する。また、図４（ｃ）に示すように、全ての移動電極４３ａ…４３ｎを静止電極５２ａ…５２ｎと当接させることで（全ＯＦＦ時）、所定の波長帯の光（図４（ｃ）中では光４９ａ〜４９ｃ）がアパチャ３３間で遮断される。また、図４（ｄ）に示すように、移動電極４３ａ…４３ｎの一部を静止電極４２ａ…４２ｎと当接又は近接させ、残部の移動電極４３ａ…４３ｎを動かさず、離間させたままとすることで（光強度調整時）、当接又は近接させる静止電極と対応したある波長帯の光（図４（ｄ）中では光４９ｂ，４９ｃ）だけが、光強度を調整されてアパチャ３３を通過する。当接させたままの静止電極と対応したある波長帯の光（図４（ｄ）中では光４９ａ）は、アパチャ３３で遮断される。

アパチャ３３を通過した光Ｌ１は集光手段３４に入射する。集光手段３４に入射した光Ｌ１は、集光してMEMSの移動電極の上下により選択された所定の波長帯ごとの光が光検出器３５で受光される。受光された光Ｌ１は、演算手段１５に電気信号として出力される。演算手段１５では、この光Ｌ１に基づく電気信号から、コンクリート面Ｃにおける吸光度が算出される。

ここで、吸光度の求め方について説明する。

コンクリート面Ｃに光強度Ｉ０の光Ｌを照射し、反射させることで、光Ｌの一部の波長バンドがコンクリート面Ｃ内の劣化因子により吸光され、光強度Ｉ１の反射光Ｌ１として出射される。

この時、光源出射光Ｌと反射光Ｌ１との間には、
Ｌ１（λ）＝Ｌ（λ）×Ｔ（λ）
ここで、Ｔ（λ）は反射率
の関係が成り立つ。反射率Ｔ（λ）が小さい程Ｌ１（λ）の光強度は減衰し、光強度が減衰された波長帯から劣化因子の種類が、減衰の程度（吸光度）から劣化因子の濃度がわかる。

本実施の形態では、コンクリート構造物の中性化による劣化を診断するために、反射光Ｌ１の波長1410ｎｍ，2390ｎｍ、或いは3980ｎｍ付近の波長帯の吸光度を計測する。なぜなら、CaCO₃等の中性化因子はこれらの波長に吸収ピークを有するためである。

また、コンクリート構造物の塩害（塩化物イオンの浸透による劣化）を診断する場合、塩害因子は、波長2260ｎｍ付近に吸収ピークを有するため、反射光Ｌ１の波長2260ｎｍ付近の波長帯の吸光度を計測する。

同様に、コンクリート構造物の硫酸塩による劣化を診断する場合、硫酸塩因子は、波長1410ｎｍ、或いは1750ｎｍ付近に吸収ピークを有するため、反射光Ｌ１の波長1410ｎｍ、或いは1750ｎｍ付近の波長帯の吸光度を計測する。

ところで、光源１１から出射される光Ｌの光強度が一定であれば、常に正確にコンクリート面２０の吸光度を計測するを行うことができる。しかし、光Ｌの光強度は、日射（照度）、温度、湿度或いは風速といった環境的な影響因子に応じて変動する。また、骨材やセメントの種類、表面の凹凸、汚れや含水等といったコンクリート自体が有する影響因子にも応じて、反射光Ｌ１の光強度が変動してしまう。

しかしながら、本実施の形態の検出方法においては、MEMSの所定の移動電極４３ａ…４３ｎを制御することで精度の高い吸光度を計測している。

例えば、図５（ａ）に示すように、反射光Ｌ１の波長−光強度特性（スペクトル）がスペクトル線５０であるとする。スペクトル線５０では、反射光Ｌ１の吸光度は波長λｃにおけるΔＩで表され、波長λｂ、λｄでは劣化因子による吸収がないとする。ところで、光強度Ｉ０は、影響因子により一定とは限らず、吸光度ΔＩを安定して計測できない。また、吸光度ΔＩの値がＩ０に比べて非常に小さい場合、Ｉ０の誤差に埋もれてしまう。

そこで、図５（ｂ）に示すように、分光器１５では、光反射偏向手段（MEMS）３２の移動電極４３ｃをＯＮにしたとき、波長λｃの光強度を計測し、移動電極４３ｄをＯＮにしたとき、波長λｃ近傍の波長λｄの光強度を計測するようにする。各移動電極４３ａ〜４３ｎは、数十ｋHzといった非常に高速で制御することができるので、移動電極λｃ及びλｄを交互に上下させることで、略同時刻の波長λｃ及びλｄの光強度の差を検出することができる。すなわち、影響因子が共に等しいときの光強度の差を計測しているので、正確な吸光度を検出することができる。また、光Ｌの揺らぎや環境の変化等に起因する光強度の時間的変化による誤差もなく吸光度を検出することができる。

さらに、MEMSは、各移動電極４３ａ…４３ｎを制御することで、所定波長の光の光強度を選択的に計測することができる。この特徴を利用して、図６（ａ）に示すような反射光Ｌ１の分光分析波形６０から、それぞれ特定の波長のみのスペクトルだけを抽出して検出することができる。具体的には、中性化因子による吸光度を計測する場合、波長1410ｎｍ及び2390ｎｍに対応した移動電極を反射した光を光検出器３５で受光し、それと略同時に（時間的に直後或いは直前に）波長1410ｎｍ及び2390ｎｍの前後の波長帯に対応した移動電極を反射した光を計測し、それらの差から劣化因子が有する吸収ピーク波長における吸光度のみを計測する。

他に、塩害因子及び硫酸塩因子による劣化診断も共に行う場合には、それぞれの劣化因子が有する吸収ピーク波長に対応した移動電極もＯＮにして計測する。これにより、図６（ｂ）に示すように、中性化因子の吸光スペクトル６１，６４，６５、塩害因子の吸光スペクトル６３及び硫酸塩因子の吸光スペクトル６１，６２が略同時に得られる。

計測された吸光度は、計測点の座標と共に演算手段１５に記憶される。吸光度と劣化因子の濃度とは、所定の関係（比例、反比例等）を有しているので、記憶された吸光度は、予め演算手段内に記憶されている吸光度と劣化因子の濃度との関係と比較することで劣化因子の濃度に換算される。

次に、スキャニング装置１２のポリゴンミラー１６及びガルバノミラー１７を回転させて、コンクリート面Ｃの計測点ｐを移動し（例えば図１中、座標（１，２））、これまでの説明と同様に劣化因子の濃度を測定する。順次、計測点を移動させて、コンクリート面Ｃ内の各計測点ｐにおける劣化因子の濃度を測定する。

図１に戻り、ステップS3では、画像処理装置を用いて、各計測点ｐごとに得られた劣化因子の濃度をスクリーニングする。具体的には、各劣化因子の濃度を所定範囲毎に区切られた値に量子化し、量子化した値をそれぞれ対応する計測点に基づいて２次元分布表示する。この際、各量子化した値は、色の種類或いは模様、濃淡等の視覚的情報に変換され、図８に示すような劣化因子画像８０が得られる。尚、劣化因子画像８０は、塩害因子の濃度分布を示す画像である。

ステップS4では、ステップS1で得られた可視光画像７０と、ステップS2〜S3で得られた劣化因子画像８０とを合成し（重ね合わせ）、図９に示すイメージスキャニング画像９０が得られる。この際、劣化因子画像８０の所定の位置（座標）が、予め設定された可視光画像７０上の基準位置に一致するように重ね合わせられる。

また、ステップS2において、一度に複数の波長毎の吸光度を計測した場合には、すなわち、数種類の劣化因子の濃度を検出した場合には、各劣化因子の種類毎に劣化因子画像を出力し、劣化因子種類別のイメージスキャニング画像が出力される。

最後に、ステップS5では、得られたイメージスキャニング画像９０を解析する。イメージスキャニング画像９０には、実際のコンクリート面Ｃ上に劣化因子の濃度分布が描かれており、コンクリート面Ｃの劣化因子の種類とその箇所を特定することができる。

例えば、コンクリート構造物の一部をサンプル採取して厳密な劣化診断を行う前段階の予備診断として、本実施の形態の劣化因子検出方法を用いるとする。ここで、図７の可視光画像７０から目視で判断可能な事象は、張り出し部の劣化だけである。そこで、本実施の形態の方法により得られたイメージスキャニング画像９０によれば、張り出し部の劣化部分の他に、桁部に塩化物イオンの浸透による劣化部分が生じていることが判別できる。

これにより、コンクリート構造物からサンプル採取して詳細な劣化診断をすべき箇所として、張り出し部の調査と共に、桁部の詳細な調査を行う必要があると提案できる。

本検出方法によれば、所定波長に対応する移動電極と、それに隣接する移動電極を交互に高速に上下させることで、劣化因子によって吸収された所定波長の光と、その波長近傍でかつ吸光されない光の光強度を略同時に検出することができ、その差を吸光度として検出している。そのため、吸光度を計測するバックグランドの変化に依存することなく、常に精度の高い吸光度、すなわち劣化因子の濃度を計測することができる。

次に、コンクリート劣化因子検出方法の他の実施形態について説明する。

前実施の形態では、１つの光反射偏向手段３２を用い、隣接する移動電極を交互に可動させることにより吸光度を計測したが、本実施の形態は、分光器内に参照光を導入し、その参照光の光強度を基準に吸光度を計測する方法である。

図１０に示すように、本検出方法に用いる分光分析装置は、分光器１００内に参照光Ｌ２を導入させるための基準光ファイバ１０１を光ファイバ１３と平行に設け、それぞれ光反射偏向手段３２，１０２及びアパチャ３３，１０３をそれぞれ２段に平行に設け、集光手段として、集光レンズの代わりにプルーフプリズム１０４を設けた。基準光ファイバ１０１の他端は、光源１１の出射側近傍に配置され、光源からの光Ｌが直接基準光ファイバ１０１に入射するようにしている。ここで、反射光Ｌ１側の光反射偏向手段３２の備えるMEMSをMEMS１とし、参照光Ｌ２側の光反射手段１０２の備えるMEMSをMEMS２とする。

参照光Ｌ２を利用した吸光度の計測方法について説明する。

図１１に、例えば、入射光Ｉ０及び出射光Ｉ１の各スペクトルを示す。入射光Ｉ０は、ある一定の波長域で光強度がＰ１である。これに対して、出射光Ｉ１は、ある一定の波長域で光強度がＰ２（＜Ｐ１）であり、かつ、波長域λ１〜λ３（中心波長λ２）の範囲において光強度が減衰しており、波長λ２の時に光強度が最小（Ｐ３）となっている。Ｐ１は前述の式のＬ（λ）、Ｐ２は前述の式のＬ１（λ）に相当している。また、波長域λ１〜λ３（中心波長λ２）において、ΔＰａ（＝Ｐ２−Ｐ３）の光減衰があることから、波長域から劣化因子の種類、吸光度からその濃度がわかる。

ところで、光源から出射される光（入射光Ｉ０）の光強度が常に一定であれば、最初に入射光Ｉ０の光強度を測定しておくことで、常に正確に劣化因子検出を行うことができる。しかし、入射光Ｉ０の光強度は、周囲の気温の変化など環境的な影響因子等に応じて変動する。

そこで、本実施の形態のコンクリート劣化因子検出方法では、反射光Ｌ１の参照対象である参照光Ｌ２を、光源１１から直接、分光器１００に導入し、コンクリート面Ｃからの反射光Ｌ１に基づく特定波長の光強度と光源出射光Ｌに基づく特定波長の光強度との差分を計測して劣化因子の濃度を測定する。この方法で測定された参照光の光強度を、常時、反射光の入射光Ｉ０の光強度としてフィードバックすることで、常に精度良く劣化因子検出を行うことができる。

具体的には、先ず、反射スペクトルが波長に関係なく一定の物質を、コンクリート面Ｃの近傍に配置する。この状態で、光源１１から光を出射し、その一定の物質の反射光Ｌ１及び光源１１から光ファイバ１０１に入射される参照光Ｌ２の各波長ごとのスペクトルの差を光検出器３５からＡＣ出力する。この時、各ＡＣ出力がゼロとなるように、MEMS２の各移動電極４３ａ…４３ｎを調節し、この状態をMEMSデータ１として記憶させておく。

その後、この状態で、光源１１から光強度Ｉ０の光を出射し、コンクリート面Ｃの反射光Ｌ１及び光源１１からの出射光Ｌ（参照光Ｌ２）を分光器１００に導入し、分光器１００内で、各波長ごとのスペクトルに分光された各光Ｌ１，Ｌ２を、MEMS１，MEMS２で反射、偏向させる。MEMS１，MEMS２は、各波長ごとのスペクトルに分光された各光Ｌ１，Ｌ２が光検出器３５に達するように、各光Ｌ１，Ｌ２を反射、偏向させる。この時、MEMS１，MEMS２は、各光Ｌ１，Ｌ２の各スペクトルが交互に光検出器３５で検出されるべく、それぞれ制御手段により同期させて制御される。また、光Ｌ２が光検出器３５に達するように光Ｌ２をMEMS２で反射、偏向させる際、MEMS２は予め記憶しておいたMEMSデータ１の状態に制御される。

一方、光源１１から出射される光Ｌの光強度は、周囲の気温の変化など環境的な影響因子により変動する。しかし、光強度がＩ０からＩ０′に変動した場合でも、参照光Ｌ２は、MEMSデータ１の状態に調節されたMEMS２で反射、偏向される。その後、光検出器３５で、光強度Ｉ０′の参照光Ｌ２に対応した各光スペクトルを検出し、この新たな検出値と、光強度Ｉ０の参照光Ｌ２に対応した各光スペクトルとを比較することで、光強度の変動量が求められる。この光強度の変動量から新たな光強度Ｉ０′が決定され、この新たな光強度Ｉ０′は、即座に反射光Ｌ１の光強度Ｉ０′としてフィードバックされる。

本実施の形態の分光分析装置１００においては、実際にコンクリート面Ｃに照射される光Ｌの一部を参照光Ｌ２として、常時、反射光Ｌ１の入射光Ｉ０の光強度としてフィードバックしている。よって、常に光強度の変動を検出でき、常に精度良く吸光スペクトルの計測を行うことができる。

本発明に係るコンクリート劣化因子検出方法の好適な第一の実施の形態のフローチャートを示す図である。 コンクリート劣化因子検出方法に用いる分光分析装置の構成を示す図である。 図２の分光器を示す斜視図である。 MEMSアクチュエータの概略図である。図４（ａ）は横断面図、図４（ｂ）は全ON時のモデル図、図４（ｃ）は全OFF時のモデル図、図４（ｄ）は光強度調整時のモデル図である。 吸光度の計測方法を説明する図であり、（ａ）は、吸光スペクトルの例を示す図であり、（ｂ）はMEMSアクチュエータの可動方法を説明する図である。 （ａ）は分光スペクトルを示す図であり、（ｂ）は、各劣化因子に基づく波長ごとに抽出したスペクトルを示す図である。 可視光画像を示す図である。 劣化因子画像を示す図である。 イメージスキャニング画像を示す図である。 他の実施の形態のコンクリート劣化因子検出方法に用いる分光器を示す斜視図である。 入射光及び出射光における波長と光強度との関係を示す図である。

符号の説明

１０ 分光分析装置
１１ 光源
１２ スキャニング装置
１４ 分光器
１５ 演算手段
３１ 回折格子
３２ 光反射偏向手段
３５ 光検出器
７０ 可視光画像
８０ 劣化因子画像
９０ イメージスキャニング画像
Ｃ コンクリート面
Ｌ 光源出射光
Ｌ１ 反射光

Claims (7)

1. 測定対象とする構造物のコンクリート面の劣化を光学的に検出する方法において、
   測定するコンクリート面を撮像して可視光画像を取得し、他方、そのコンクリート面に赤外線を照射すると共に、コンクリート面からの反射光をスキャニング装置を介して分光器に入力し、その分光器で特定の劣化因子を検出するための特定の波長の光強度に基づく吸光度を検出すると共に、その吸光度を劣化因子の濃度に換算してその濃度を量子化し、その量子化した値を基に上記測定するコンクリート面に対応させて濃淡或いは色に表して劣化因子画像を取得し、その劣化因子画像と上記可視光画像とを合成することを特徴とするコンクリート劣化因子検出方法。
2. 上記吸光度の検出は、波長1410ｎｍ、2390ｎｍ、或いは3980ｎｍ付近の吸光度を計測して中性化因子を検出する請求項１記載のコンクリート劣化因子検出方法。
3. 上記吸光度の検出は、波長2260ｎｍ付近の吸光度を計測して塩害因子を検出する請求項１または２記載のコンクリート劣化因子検出方法。
4. 上記吸光度の検出は、波長1410ｎｍ、1750ｎｍ付近の吸光度を計測して硫酸塩因子を検出する請求項１〜３いずれかに記載のコンクリート劣化因子検出方法。
5. 吸光度の検出は、特定の劣化因子を検出する特定波長前後の波長帯域における光強度分布から変化分のみを抽出して求める請求項１〜４いずれかに記載のコンクリート劣化因子検出方法。
6. 吸光度の検出は、コンクリート面からの反射光に基づく特定波長の光強度と光源出射光に基づく特定波長の光強度との差分を計測して求める請求項１〜４いずれかに記載のコンクリート劣化因子検出方法。
7. 測定対象とする構造物のコンクリート面の劣化を光学的に検出する装置において、
   測定するコンクリート面を撮像して可視光画像を取得する撮像装置と、コンクリート面に赤外線を照射する光源と、コンクリート面からの反射光を取り込むスキャニング装置と、取り込まれた反射光から特定の劣化因子を検出するための特定の波長の光強度に基づく吸光度を検出する分光器と、その吸光度を劣化因子の濃度に換算してその濃度を量子化し、その量子化した値を基に上記測定するコンクリート面に対応させて濃淡或いは色に表して劣化因子画像を取得し、その劣化因子画像と上記可視光画像とを合成する画像処理装置とを備えたことを特徴とするコンクリート劣化因子検出装置。
   

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