JP2008185425A

JP2008185425A - 弾性波送波装置及び反射弾性波測定装置

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Publication number: JP2008185425A
Application number: JP2007018509A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Tsubakihara; 康則椿原; Tomio Tsuchiya; 富男土屋; Tomoaki Ueda; 智章上田
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2008-08-14

Abstract

【課題】反射弾性波の測定を高精度に行うことのできる弾性波送波装置及び反射弾性波測定装置を得る。
【解決手段】コンクリート杭５０における測定孔５０Ａの表面から弾性波を送波するに当たり、測定孔５０Ａの表面に一端部が当接され、当該当接部位に対する押圧力が変化されることにより当該表面に対して弾性波を送波する加振ヘッド４２Ａと、加振ヘッド４２Ａの一端部を前記当接部位に当接させるために加振ヘッド４２Ａの他端部を付勢するスプリング４２Ｃと、測定孔５０Ａの表面における前記当接部位に対向する面に一端部が当接され、加振ヘッド４２Ａによる弾性波の送波に伴う振動の発生を軽減するダンパー４２Ｅと、ダンパー４２Ｅの一端部を前記対向する面に当接させるためにダンパー４２Ｅの他端部を付勢するスプリング４２Ｆと、を備え、加振ヘッド４２Ａとスプリング４２Ｃによる固有周期と、ダンパー４２Ｅとスプリング４２Ｆによる固有周期をずらす。
【選択図】図２

Description

本発明は、弾性波送波装置及び反射弾性波測定装置に係り、より詳しくは、弾性波の送波対象とする杭に対して、当該杭の軸方向に形成された測定孔の表面から前記弾性波を送波する弾性波送波装置及び当該弾性波送波装置により送波された弾性波の反射波を測定する反射弾性波測定装置に関する。

近年、杭基礎の建物の建て替え時や、基礎免震改修時、あるいは新築時等において、コンクリート杭等の杭の健全性を低侵襲かつ高精度で評価することのできる技術が要望されている。

この要望に応えるために適用できる従来の技術として、特許文献１には、コンクリート杭に設けられた測定孔から弾性波を用いてパルスエコー法によりコンクリート杭の健全性を検査する技術が開示されている。

この技術は、本質的にソナーや超音波探傷と同様の超音波パルスエコー法を用いる探査技術であり、コンクリート杭の既設孔や掘削して設けた測定孔に弾性波を送波する送波器と受波器を挿入して、送波器から送波された弾性波を受波器により受波することによって得られた反射弾性波に基づいてコンクリート杭の品質状態を調査しようとする技術である。
特開２００１−１５３６３８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、弾性波の送波時に、送波器及び受波器を含んで構成された測定装置が当該弾性波の発生に応じて共振してしまう場合があり、この場合、測定装置自体の自励共振によって弾性波を精確に送波することができず、ひいては反射弾性波を高精度に測定することが難しい、という問題点があった。このことを、図面を参照しつつ説明する。

特許文献１に開示されている技術では、図１１に示されるように、杭穴５３６内にソイルセメントを充填して既製杭５３９を埋設し基礎杭構造５３５が構築される。基礎杭構造５３５に測定穴５４２を穿設し、センサーユニット５２０を有する測定装置５３２を挿入し、固定ガイド５０５で測定装置５３２を固定する。センサーユニット５２０から孔壁５４３に垂直にＰ波を発振し、ソイルセメント５４０内を略水平方向・孔壁５４３に沿った方向に伝搬させる。孔壁５４３に沿って伝搬した直接波を受振し、測定位置でのＰ波の伝搬速度Ｖｐを測定する。水平方向に伝搬して、ソイルセメント層の最外端（地盤とソイルセメント５４１との境界）５４５からの反射波を受振する。反射波到達時間と、伝搬速度Ｖｐとから杭穴５３６の拡底部５３８の径Ｄを測定し、受振波形から断面の欠損等の品質を確認する。

ここで、本発明の発明者らは、以上のように構成された測定装置を用いて、実際に弾性波を送波し、その反射波を受波することを試みた。なお、ここでは、上記反射波を、相対粒子速度を時系列に測定することにより得るものとした。

図１２には、このとき得られた反射波形の一例が示されている。同図に示されるように、当該反射波形は周期的に振動しており、この結果、上記測定装置に、弾性波の発生に伴って共振が生じていることが判明した。

このように、測定装置に自励共振が発生してしまう場合、弾性波を精確に送波することができず、ひいては反射弾性波を正確に測定することはできない。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、反射弾性波の測定を高精度に行うことのできる弾性波送波装置及び反射弾性波測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の弾性波送波装置は、弾性波の送波対象とする杭に対して、当該杭の軸方向に形成された測定孔の表面から前記弾性波を送波する弾性波送波装置であって、前記測定孔の表面に一端部が当接され、当該当接部位に対する押圧力が変化されることにより当該表面に対して前記弾性波を送波する送波部と、前記送波部の前記一端部を前記当接部位に当接させるために当該送波部の他端部を付勢する第１の弾性体と、前記測定孔の表面における前記当接部位に対向する面に一端部が当接され、前記送波部による前記弾性波の送波に伴う振動の発生を軽減する振動軽減部と、前記振動軽減部の前記一端部を前記対向する面に当接させるために当該振動軽減部の他端部を付勢する第２の弾性体と、を備え、前記送波部と前記第１の弾性体による固有周期、及び前記振動軽減部と前記第２の弾性体による固有周期がずれていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、送波部により、弾性波の送波対象とする杭の軸方向に形成された測定孔の表面に一端部が当接され、当該当接部位に対する押圧力が変化されることにより当該表面に対して前記弾性波が送波される。また、前記送波部の前記一端部を前記当接部位に当接させるために当該送波部の他端部が第１の弾性体により付勢される一方、振動軽減部により、前記測定孔の表面における前記当接部位に対向する面に一端部が当接され、前記送波部による前記弾性波の送波に伴う弾性波送波装置自体の振動の発生が軽減される。更に、前記振動軽減部の前記一端部を前記対向する面に当接させるために当該振動軽減部の他端部が第２の弾性体により付勢される。なお、上記第１の弾性体及び第２の弾性体には、ゴム等の各種弾性部材が含まれる。

ここで、本発明では、前記送波部と前記第１の弾性体による固有周期、及び前記振動軽減部と前記第２の弾性体による固有周期がずらされている。

このように、請求項１に記載の弾性波送波装置によれば、弾性波の送波対象とする杭に対して、当該杭の軸方向に形成された測定孔の表面から前記弾性波を送波する弾性波送波装置であって、前記測定孔の表面に一端部が当接され、当該当接部位に対する押圧力が変化されることにより当該表面に対して前記弾性波を送波する送波部と、前記送波部の前記一端部を前記当接部位に当接させるために当該送波部の他端部を付勢する第１の弾性体と、前記測定孔の表面における前記当接部位に対向する面に一端部が当接され、前記送波部による前記弾性波の送波に伴う振動の発生を軽減する振動軽減部と、前記振動軽減部の前記一端部を前記対向する面に当接させるために当該振動軽減部の他端部を付勢する第２の弾性体と、を備え、前記送波部と前記第１の弾性体による固有周期、及び前記振動軽減部と前記第２の弾性体による固有周期がずれているので、弾性波の発生に伴う自励共振の発生を抑制することができる結果、前記弾性波を精確に送波することができ、かつ前記弾性波に応じた反射弾性波を測定する際の当該測定を高精度に行うことができる。

なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記第１の弾性体及び前記第２の弾性体がバネであるものとしてもよい。これにより、送波部及び振動軽減部に対して十分な付勢力を簡易に与えることができる。なお、上記バネには、コイル・バネの他、板バネ、空気バネ等も含まれる。

また、本発明は、請求項３に記載の発明のように、前記振動軽減部がダンパであるものとしてもよい。これにより、前記送波部による前記弾性波の送波に伴う弾性波送波装置自身の振動の発生を、より確実に軽減することができる。

更に、本発明は、請求項４に記載の発明のように、前記送波部が、当該送波部の前記一端部が前記当接部位に接触したままの状態で前記弾性波を送波するものとしてもよい。これにより、送波部の機械的な移動がなくなる結果、装置の耐久性の向上、消費エネルギーの低減、装置の小型化、及び高速処理が実現できる。

一方、上記目的を達成するために、請求項５に記載の反射弾性波測定装置は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の弾性波送波装置と、前記測定孔の表面に一端部が当接され、前記送波部により送波された弾性波の前記杭の外周面及び内部からの反射波を受波する受波部と、前記受波部の前記一端部を前記測定孔の表面に当接させるために当該受波部の他端部を付勢する第３の弾性体と、を備え、前記送波部と前記第１の弾性体による固有周期、前記振動軽減部と前記第２の弾性体による固有周期、及び前記受波部と前記第３の弾性体による固有周期のうちの少なくとも２つの固有周期がずれていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、本発明の弾性波送波装置により、弾性波の送波対象とする杭に対して、当該杭の軸方向に形成された測定孔の表面から前記弾性波が送波される一方、受波部により、前記測定孔の表面に一端部が当接され、前記送波部により送波された弾性波の前記杭の外周面及び内部からの反射波が受波される。また、前記受波部の前記一端部を前記測定孔の表面に当接させるために当該受波部の他端部が第３の弾性体により付勢される。なお、上記第３の弾性体には、ゴム等の各種弾性部材が含まれる。

ここで、本発明では、前記送波部と前記第１の弾性体による固有周期、前記振動軽減部と前記第２の弾性体による固有周期、及び前記受波部と前記第３の弾性体による固有周期のうちの少なくとも２つの固有周期がずらされている。

このように、請求項５に記載の反射弾性波測定装置によれば、本発明の弾性波送波装置と、前記測定孔の表面に一端部が当接され、前記送波部により送波された弾性波の前記杭の外周面及び内部からの反射波を受波する受波部と、前記受波部の前記一端部を前記測定孔の表面に当接させるために当該受波部の他端部を付勢する第３の弾性体と、を備え、前記送波部と前記第１の弾性体による固有周期、前記振動軽減部と前記第２の弾性体による固有周期、及び前記受波部と前記第３の弾性体による固有周期のうちの少なくとも２つの固有周期がずれているので、弾性波の発生に伴う反射弾性波測定装置自身の共振の発生を抑制することができる結果、反射弾性波の測定を高精度に行うことができる。

なお、本発明は、請求項６に記載の発明のように、前記第３の弾性体がバネであるものとしてもよい。これにより、受波部に対して十分な付勢力を簡易に与えることができる。なお、上記バネには、コイル・バネの他、板バネ、空気バネ等も含まれる。

また、本発明は、請求項７に記載の発明のように、前記測定孔の表面における、前記送波部の前記一端部により当接される領域と、前記受波部の前記一端部により当接される領域とが、当該測定孔の表面における同一方向を向く領域であるものとしてもよい。これにより、より確実に反射弾性波を測定することができる。

一方、上記目的を達成するために、請求項８に記載の反射弾性波測定装置は、反射波の測定対象とする杭に対して、当該杭の軸方向に形成された測定孔の内部に固定された状態で前記測定孔の表面に弾性波を送波する送波手段と、前記送波手段と一体的に構成され、前記送波手段により送波された弾性波の前記杭の外周面及び内部からの反射波を受波する受波手段と、を備え、複数の固有周期を有すると共に、当該複数の固有周期のうちの少なくとも２つの固有周期がずれていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、送波手段により、反射波の測定対象とする杭に対して、当該杭の軸方向に形成された測定孔の内部に固定された状態で前記測定孔の表面に弾性波が送波される一方、前記送波手段と一体的に構成された受波手段により、前記送波手段により送波された弾性波の前記杭の外周面及び内部からの反射波が受波される。

ここで、本発明は、複数の固有周期を有すると共に、当該複数の固有周期のうちの少なくとも２つの固有周期がずらされている。

このように、請求項８に記載の反射弾性波測定装置によれば、反射波の測定対象とする杭に対して、当該杭の軸方向に形成された測定孔の内部に固定された状態で前記測定孔の表面に弾性波を送波する送波手段と、前記送波手段と一体的に構成され、前記送波手段により送波された弾性波の前記杭の外周面及び内部からの反射波を受波する受波手段と、を備え、複数の固有周期を有すると共に、当該複数の固有周期のうちの少なくとも２つの固有周期がずれているので、弾性波の発生に伴う反射弾性波測定装置自身の共振の発生を抑制することができる結果、反射弾性波の測定を高精度に行うことができる。

本発明によれば、弾性波を精確に送波することができ、かつ反射弾性波の測定を高精度に行うことができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、ここでは、本発明を、コンクリート杭の健全性の評価を支援する健全性評価支援システムに適用した場合について説明する。

まず、図１〜図６を参照して、本実施の形態に係る健全性評価支援システム１０の構成を説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る健全性評価支援システム１０は、当該システム１０の中核となるパーソナル・コンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）２０と、測定装置３０とを含んで構成されている。

同図に示されるように、測定装置３０は、円筒状で、かつ長尺状とされた支持部３２と、当該支持部３２の一端部に設けられた測定ヘッド４０を有しており、健全性の評価対象とするコンクリート杭５０における軸方向に形成された測定孔５０Ａに対して測定ヘッド４０が挿入された状態で、当該測定ヘッド４０により、予め定められた波長（本実施の形態では、超音波の波長域を除く波長域の弾性波に含まれる波長）とされた弾性波を送波すると共に、これに応じたコンクリート杭５０の外周面及び内部からの反射波を、当該反射波による音圧を時系列に検出することにより受波することによって測定するものである。

図２に示すように、本実施の形態に係る測定装置３０の測定ヘッド４０は、コンクリート杭５０に対して上記弾性波を送波する送波器４２と、上記反射波を受波する受波器４４とを備えている。なお、本実施の形態に係る測定装置３０では、同図に示されるように、送波器４２が受波器４４より測定装置３０の先端部（同図下端部）側に設けられている。

送波器４２は、加振ヘッド４２Ａ、保持部４２Ｂ、スプリング４２Ｃ、駆動コイル４２Ｄ、ダンパー４２Ｅ、及びスプリング４２Ｆを備えている。

本実施の形態に係る保持部４２Ｂは、スプリング４２Ｃ及びスプリング４２Ｆを保持するものであり、送波器４２における支持部３２の軸線位置に固定配置されている。また、本実施の形態に係る加振ヘッド４２Ａは円柱状とされており、その軸線方向が支持部３２の軸線方向に直交する方向となり、かつ当該直交する方向（同図左右方向）に移動可能に送波器４２に設けられている。更に、加振ヘッド４２Ａの支持部３２側の端部は、一端部が保持部４２Ｂに固定されたスプリング４２Ｃの他端部が当接されており、加振ヘッド４２Ａは、スプリング４２Ｃによってコンクリート杭５０の測定孔５０Ａにおける表面（コンクリート杭５０の内面）に向けて付勢されている。なお、本実施の形態では、加振ヘッド４２Ａとしてフェライト製のものを適用しているが、これに限定されるものではない。

また、本実施の形態に係るダンパー４２Ｅもまた円柱状とされており、その軸線方向が支持部３２の軸線方向に直交し、かつ加振ヘッド４２Ａの軸線と一致すると共に、当該軸線の方向（同図左右方向）に移動可能に送波器４２に設けられている。また、ダンパー４２Ｅの支持部３２側の端部は、一端部が保持部４２Ｂに対して、軸線がスプリング４２Ｃと一致するように固定されたスプリング４２Ｆの他端部が当接されており、ダンパー４２Ｅは、スプリング４２Ｆによってコンクリート杭５０の測定孔５０Ａにおける表面（コンクリート杭５０の内面）で、かつ加振ヘッド４２Ａが当接される面に対向する面に向けて付勢されている。

また、駆動コイル４２Ｄは、供給された駆動用の電流の大きさに応じた力で加振ヘッド４２Ａを、その軸線方向に移動させるものであり、中心部が加振ヘッド４２Ａの軸線方向中心部より支持部３２側に偏倚するように送波器４２に対して位置決めされている。従って、加振ヘッド４２Ａは、駆動コイル４２Ｄに駆動用の電流が供給されていない場合には、スプリング４２Ｃ及びスプリング４２Ｆによる付勢力により先端部が測定孔５０Ａの表面に押圧される一方、駆動コイル４２Ｄに駆動用の電流が供給されることによって支持部３２側に移動されるものとされており、駆動コイル４２Ｄへの駆動用の電流の供給を周期的に行うことによって弾性波をコンクリート杭５０に送波するものとされている。なお、本実施の形態に係る測定装置３０では、弾性波の送波時には加振ヘッド４２Ａの移動は行わず、その先端部を測定孔５０Ａの表面に接触させたまま、当該表面に対する押圧力（当該表面の応力）を周期的に変えることにより、弾性波を送波するようにしている。

一方、受波器４４は、一端部に音圧センサ４４Ａが設けられたセンサ部４４Ｂ、保持部４４Ｃ、及びスプリング４４Ｄを備えている。なお、本実施の形態では、音圧センサ４４Ａとして、コンデンサ・マイクを適用しているが、これに限定されるものではなく、音圧を検出することのできる他のセンサを適用することができることは言うまでもない。

本実施の形態に係る保持部４４Ｃは、スプリング４４Ｄを保持するものであり、受波器４４における支持部３２の軸線位置に固定配置されている。また、本実施の形態に係るセンサ部４４Ｂは円柱状とされており、その軸線方向が加振ヘッド４２Ａの軸線方向と同一の方向となり、かつ当該方向（同図左右方向）に移動可能に受波器４４に設けられている。更に、センサ部４４Ｂの支持部３２側（音圧センサ４４Ａが設けられていない側）の端部は、一端部が保持部４４Ｃに固定されたスプリング４４Ｄの他端部が当接されており、センサ部４４Ｂは、スプリング４４Ｄによってコンクリート杭５０の測定孔５０Ａにおける表面（コンクリート杭５０の内面）に向けて付勢されている。

ここで、音圧センサ４４Ａは、センサ部４４Ｂのスプリング４４Ｄが当接されている面の反対側の面に設けられているため、音圧センサ４４Ａの音圧を検出する面がスプリング４４Ｄによる付勢力により測定孔５０Ａの表面に押圧される構成とされている。

本実施の形態に係る測定装置３０は、以上の構成により、加振ヘッド４２Ａ及びスプリング４２Ｃの組み合せと、ダンパー４２Ｅ及びスプリング４２Ｆの組み合わせと、センサ部４４Ｂ及びスプリング４４Ｄの組み合わせとの各組み合わせ別に次の（１）式で示される固有周期Ｔを有する。なお、（１）式におけるＭは各組み合わせのスプリング以外の部材（加振ヘッド４２Ａ，ダンパー４２Ｅ，センサ部４４Ｂ）の質量を表し、Ｋはスプリングのバネ定数を表す。

ここで、上記各組み合わせ間で各固有周期が同一又は略同一である場合は、弾性波の発生に応じて共振が生じてしまう場合がある。

そこで、本実施の形態に係る測定装置３０では、上記各組み合わせ毎の固有周期（ここでは、３つの固有周期）の全ての固有周期が互いにずれているものとされている。これにより、上記自励共振の発生を抑制することができる結果、反射波の測定を高精度に行うことができる。ここで、固有周期をずらすには、上記各組み合わせにおける質量Ｍ及びバネ定数の少なくとも一方を調整することにより行うことができる。

このように、本実施の形態に係る測定装置３０では、上記各組み合わせの全ての固有周期がずらされているものとされているが、これに限らず、上記各組み合わせのうちの少なくとも２つの固有周期がずらされているものとすればよい。これにより、上記自励共振の発生を抑制する効果を得ることができる結果、反射波の測定を高精度に行うことができるようになる。

なお、測定ヘッド４０における駆動コイル４２Ｄ及び音圧センサ４４Ａは不図示の接続ケーブルによりＰＣ２０に電気的に接続されており、ＰＣ２０は、駆動コイル４２Ｄへの駆動用の電流の供給の制御を行うことができると共に、音圧センサ４４Ａにより検出された音圧波形信号を取得することができる。

また、加振ヘッド４２Ａ、ダンパー４２Ｅ、及びセンサ部４４Ｂには、一端部が支持部３２の測定ヘッド４０が設けられている側とは反対側の端部に露出されたワイヤーの他端部が、当接しているスプリングの軸線方向の内部を貫通させた状態で各々個別に取り付けられており、測定装置３０をコンクリート杭５０の測定孔５０Ａに挿入する際には、上記ワイヤーの一端部を把持して引いた状態とすることにより、加振ヘッド４２Ａ、ダンパー４２Ｅ、及びセンサ部４４Ｂを支持部３２の軸線側に移動させた状態で、すなわち、測定ヘッド４０の全体的な径を小さくした状態で挿入し、所定の測定位置に測定ヘッド４０が位置された時点で上記ワイヤーを開放することにより、加振ヘッド４２Ａ、ダンパー４２Ｅ、及びセンサ部４４Ｂを、当接されているスプリングの付勢力によって測定孔５０Ａの表面に押圧させるものとされている。

本実施の形態に係る健全性評価支援システム１０は、以上のように構成された測定装置３０により、送波器４２によって弾性波を送波すると共に、これに応じたコンクリート杭５０の外周面及び内部からの反射波を、当該反射波による音圧を音圧センサ４４Ａにより時系列に検出することにより受波し、これによって得られた受信波に基づいてコンクリート杭５０の健全性の評価を支援するための情報を表示するものである。

なお、図３には、本実施の形態に係る健全性評価支援システム１０による測定装置３０の使用例が示されている。

次に、図４を参照して、ＰＣ２０の電気系の要部構成を説明する。

同図に示すように、本実施の形態に係るＰＣ２０は、ＰＣ２０全体の動作を司るＣＰＵ（中央処理装置）２０Ａと、ＣＰＵ２０Ａによる各種処理プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ２０Ｂと、各種制御プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ２０Ｃと、各種情報を記憶するための記憶手段として用いられる二次記憶部（ここでは、ハードディスク装置）２０Ｄと、各種情報を入力するために用いられるキーボード２０Ｅと、各種情報を表示するために用いられるディスプレイ２０Ｆと、外部装置との間の各種信号の授受を司る入出力Ｉ／Ｆ（インタフェース）２０Ｇと、が備えられており、これら各部はシステムバスＢＵＳにより電気的に相互に接続されている。

従って、ＣＰＵ２０Ａは、ＲＡＭ２０Ｂ、ＲＯＭ２０Ｃ、及び二次記憶部２０Ｄに対するアクセス、キーボード２０Ｅを介した各種入力情報の取得、ディスプレイ２０Ｆに対する各種情報の表示、及び入出力Ｉ／Ｆ２０Ｇを介した外部装置との間の各種信号の授受を各々行うことができる。なお、入出力Ｉ／Ｆ２０Ｇには、測定装置３０の駆動コイル４２Ｄ及び音圧センサ４４Ａが接続されている。

一方、図５には、ＰＣ２０に備えられた二次記憶部２０Ｄの主な記憶内容が模式的に示されている。同図に示すように、二次記憶部２０Ｄには、各種データベースを記憶するためのデータベース領域ＤＢと、各種処理を行うためのプログラム等を記憶するためのプログラム領域ＰＧとが設けられている。

なお、データベース領域ＤＢには、コンクリート杭で用いられるコンクリートの物性を示す情報を記憶するためのコンクリート情報データベースＤＢ１が含まれている。

本実施の形態に係るコンクリート情報データベースＤＢ１は、一例として図６に示すように、評価対象とするコンクリート杭で用いられ得るコンクリートの種類を示す種類情報が記憶されると共に、コンクリートの種類毎で、かつ使用が開始されてからの経過年数毎に、弾性波速度及び体積弾性率の各物性情報が予め記憶されたものとして構成されている。

なお、上記弾性波速度は、対応する種類のコンクリートの、対応する経過年数における実測された弾性波速度の平均値を示す情報である。

また、上記体積弾性率は、対応する種類のコンクリートの、対応する経過年数における実測された体積弾性率の平均値を示す情報である。なお、体積弾性率に代えて、媒質密度を適用する形態とすることもできる。

なお、二次記憶部２０Ｄには、測定装置３０の送波器４２により送波する弾性波を示す情報（以下、「弾性波情報」という。）も予め記憶されている。

次に、図７を参照して、本実施の形態に係る健全性評価支援システム１０の作用を説明する。なお、図７は、ユーザにより、キーボード２０Ｅを介して実行を指示する指示入力が行われた際にＰＣ２０のＣＰＵ２０Ａによって実行される健全性評価支援プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムは二次記憶部２０Ｄのプログラム領域ＰＧに予め記憶されている。また、ここでは、錯綜を回避するため、健全性の評価対象とするコンクリート杭５０の測定孔５０Ａに対して、上述した手順によって測定装置３０の測定ヘッド４０が測定孔５０Ａの内部の被測定位置にセットされている場合について説明する。

同図のステップ１００では、ユーザに対して評価対象とするコンクリート杭の条件を入力させるための初期画面をディスプレイ２０Ｆにより表示し、次のステップ１０２にて所定情報の入力待ちを行う。

図８には、本実施の形態に係る初期画面の表示状態が示されている。同図に示すように、当該初期画面では、評価対象とするコンクリートの種類及び経過年数の入力を促す旨のメッセージと、これらの情報を入力するための矩形枠とが表示される。同図に示されるような初期画面がディスプレイ２０Ｆに表示されると、ユーザは、評価対象とするコンクリートの種類及び経過年数を、対応する矩形枠内にキーボード２０Ｅを介して入力する。これに応じて、上記ステップ１０２が肯定判定となってステップ１０４に移行する。

ステップ１０４では、初期画面上でユーザによって入力されたコンクリートの種類及び経過年数に対応する物性情報（本実施の形態では、弾性波速度及び体積弾性率）をコンクリート情報データベースＤＢ１から読み出し、次のステップ１０６では、二次記憶部２０Ｄから上記弾性波情報を読み出した後、測定装置３０の送波器４２による当該弾性波情報により示される上記弾性波の送波を開始すると共に、受波器４４による上記反射波の受波を開始する。この処理により、これ以降、ＰＣ２０には、測定装置３０から反射波を示す音圧波形信号が時系列に順次入力される。

そこで、次のステップ１０８では、測定装置３０から入力された反射波を示す音圧波形信号をデジタルデータに変換して二次記憶部２０Ｄの所定領域に記憶し、次のステップ１１０にて、コンクリート杭５０における健全性の評価を行うための期間として予め定められた期間（一例として、１０ミリ秒間）が、上記音圧波形信号の記憶の開始時点から経過したか否かを判定して、否定判定となった場合は上記ステップ１０８に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ１１２に移行し、測定装置３０の送波器４２による上記弾性波の送波、及び受波器４４による上記反射波の受波を停止する。なお、上記ステップ１０８〜ステップ１１０の処理を繰り返し実行する際には、上記ステップ１０８において記憶される音圧波形信号の記憶アドレスを１データ分ずつインクリメントするようにする。

次のステップ１１４では、以上の処理によって二次記憶部２０Ｄの所定領域に記憶された音圧波形信号の時系列データを用いて、予め定められた演算式を用いて、当該音圧波形信号を速度ポテンシャルのインパルス応答に変換する。なお、上記演算式としては種々のものが適用できるが、ここでは、逐次推定型の最小二乗法を適用している。

次のステップ１１６では、上記ステップ１１４により得られた速度ポテンシャルのインパルス応答と、上記ステップ１０４の処理によって読み出した物性情報とに基づいて、コンクリート杭５０の健全性の評価を支援するための情報として予め定められた情報を導出する。

なお、本実施の形態に係る健全性評価支援プログラムでは、当該予め定められた情報として、次の（２）式により求められる情報を適用している。ここで、Ｖｐは弾性波速度、ｔは伝搬時間、ｄは距離である。

そして、ステップ１１６では、導出した情報に基づいて、当該情報をディスプレイ２０Ｆにより表示するための画面情報を構成し、その後に次のステップ１１８にて、当該画面情報により示される画面（以下、「結果画面」という。）をディスプレイ２０Ｆにより表示し、その後に本健全性評価支援プログラムを終了する。

図９には、上記ステップ１１８の処理によってディスプレイ２０Ｆにより表示される結果画面の表示状態例が示されている。同図に示されるように、当該結果画面では、伝搬距離を横軸とし、縦軸を速度ポテンシャルのインパルス応答値とした図が表示される。ユーザは、このような結果画面を参照することにより、杭外周面までの距離や杭内部の亀裂等の欠陥等を容易に把握することができる結果、コンクリート杭５０の健全性を容易かつ高精度に評価することができる。

図１０には、本実施の形態に係る測定装置３０により測定された反射波（音圧の時系列データ）の一例が示されている。

同図に示されるように、測定装置３０により測定された反射波は、一例として図１２に示される従来の測定装置により測定された反射波と異なり、周期性のあるノイズが入っていない波形となっており、測定装置自身の自励共振の発生が抑制されていることがわかる。

以上詳細に説明したように、本実施の形態では、反射波の測定対象とする杭（ここでは、コンクリート杭５０）に対して、当該杭の軸方向に形成された測定孔（ここでは、測定孔５０Ａ）の内部に固定された状態で前記測定孔の表面に弾性波を送波する送波手段（ここでは、送波器４２）と、前記送波手段と一体的に構成され、前記送波手段により送波された弾性波の前記杭の外周面及び内部からの反射波を受波する受波手段（ここでは、受波器４４）と、を備え、複数の固有周期を有すると共に、当該複数の固有周期のうちの少なくとも２つの固有周期がずれているので、弾性波の発生に伴う測定装置自身の自励共振の発生を抑制することができる結果、弾性波を精確に送波することができ、かつ反射弾性波の測定を高精度に行うことができる。

また、本実施の形態では、弾性波の送波対象とする杭に対して、当該杭の軸方向に形成された測定孔の表面から前記弾性波を送波するに当たり、前記測定孔の表面に一端部が当接され、当該当接部位に対する押圧力が変化されることにより当該表面に対して前記弾性波を送波する送波部（ここでは、加振ヘッド４２Ａ）と、前記送波部の前記一端部を前記当接部位に当接させるために当該送波部の他端部を付勢する第１の弾性体（ここでは、スプリング４２Ｃ）と、前記測定孔の表面における前記当接部位に対向する面に一端部が当接され、前記送波部による前記弾性波の送波に伴う振動の発生を軽減する振動軽減部（ここでは、ダンパー４２Ｅ）と、前記振動軽減部の前記一端部を前記対向する面に当接させるために当該振動軽減部の他端部を付勢する第２の弾性体（ここでは、スプリング４２Ｆ）と、を備え、前記送波部と前記第１の弾性体による固有周期、及び前記振動軽減部と前記第２の弾性体による固有周期がずれているので、弾性波の発生に伴う自励共振の発生を抑制することができる結果、前記弾性波を精確に送波することができ、かつ前記弾性波に応じた反射弾性波を測定する際の当該測定を高精度に行うことができる。

また、本実施の形態では、前記第１の弾性体及び前記第２の弾性体がバネであるものとしているので、送波部及び振動軽減部に対して十分な付勢力を簡易に与えることができる。

また、本実施の形態では、前記振動軽減部がダンパであるものとしているので、前記送波部による前記弾性波の送波に伴う振動の発生を、より確実に軽減することができる。

また、本実施の形態では、前記送波部が、当該送波部の前記一端部が前記当接部位に接触したままの状態で前記弾性波を送波するものとしているので、送波部の機械的な移動がなくなる結果、装置の耐久性の向上、消費エネルギーの低減、装置の小型化、及び高速処理が実現できる。

また、本実施の形態では、前記測定孔の表面に一端部が当接され、前記送波部により送波された弾性波の前記杭の外周面及び内部からの反射波を受波する受波部（ここでは、センサ部４４Ｂ）と、前記受波部の前記一端部を前記測定孔の表面に当接させるために当該受波部の他端部を付勢する第３の弾性体（ここでは、スプリング４４Ｄ）と、を備え、前記送波部と前記第１の弾性体による固有周期、前記振動軽減部と前記第２の弾性体による固有周期、及び前記受波部と前記第３の弾性体による固有周期のうちの少なくとも２つの固有周期がずれているので、弾性波の発生に伴う測定装置自身の自励共振の発生を抑制することができる結果、反射波の測定を高精度に行うことができる。

また、本実施の形態では、前記第３の弾性体がバネであるものとしているので、受波部に対して十分な付勢力を簡易に与えることができる。

更に、本実施の形態では、前記測定孔の表面における、前記送波部の前記一端部により当接される領域と、前記受波部の前記一端部により当接される領域とが、当該測定孔の表面における同一方向を向く領域であるものとしているので、より確実に反射波を測定することができる。

なお、本実施の形態では、本発明の第１〜第３の弾性体としてコイル・バネを適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、板バネや空気バネ、ゴム等の他の弾性体を適用することもできる。この場合も、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。

また、本実施の形態では、反射波を、当該反射波による音圧を時系列に検出することにより受波する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、上記音圧に代えて、反射波による測定孔の表面の変位量、加速度又は粒子速度を時系列に検出することにより反射波を受波し、受波した測定孔の表面の変位量、加速度又は粒子速度を音圧に換算して適用する形態とすることもできる。なお、この場合、音圧センサ４４Ａに代えてレーザー変位計や加速度センサを用いることによって測定孔の表面の変位量、加速度及び粒子速度を検出することができる。この場合は、本発明の受波手段（ここでは、受波器４４）の構成上の自由度を増加させることができる結果、本実施の形態に比較して、より簡易に本発明を実現することができる。

また、本実施の形態では、コンクリート杭の健全性の評価を支援する情報として、コンクリート杭の損傷状態を示す情報を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、コンクリート杭の内部における鉄筋の配置状態を示す情報を適用する形態とすることもできる。この場合、コンクリート杭の内部における鉄筋の配置状態を容易に把握することができる。

また、本実施の形態では、コンクリート杭５０の健全性の評価を支援する情報を、ディスプレイ２０Ｆを用いて可視表示する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、プリンタ等を用いて永久可視表示する形態、音声合成装置等を用いて可聴表示する形態等とすることもできる。この場合も、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。

その他、本実施の形態で説明した健全性評価支援システム１０の構成（図１〜図５参照。）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態で示した健全性評価支援プログラムの処理の流れ（図７参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を変更したりすることができることは言うまでもない。

また、本実施の形態で示した初期画面及び結果画面の構成（図８及び図９参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態で示したコンクリート情報データベースのデータ構造（図６参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

更に、本実施の形態で示した各種演算式（（１）式〜（２）式参照。）も一例であり、他の演算式を用いたり、必要に応じて新たなパラメータを追加したり、不要なパラメータを削除したりすることができることは言うまでもない。

実施の形態に係る健全性評価支援システムの構成を示す概略図である。実施の形態に係る測定装置の詳細な構成を示す側面断面図である。実施の形態に係る健全性評価支援システムによる測定装置の使用例を示す側面断面図である。実施の形態に係るパーソナル・コンピュータの電気系の要部構成を示すブロック図である。実施の形態に係るパーソナル・コンピュータに備えられた二次記憶部の主な記憶内容を示す模式図である。実施の形態に係るコンクリート情報データベースのデータ構造を示す模式図である。実施の形態に係る健全性評価支援プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。実施の形態に係る初期画面の表示状態例を示す概略図である。実施の形態に係る結果画面の表示状態例を示す概略図である。実施の形態に係る測定装置の効果の説明に供するグラフである。従来の測定装置の構成を示す図である。従来技術の問題点の説明に供するグラフである。

符号の説明

１０健全性評価支援システム
２０パーソナル・コンピュータ
２０ＡＣＰＵ
２０Ｆディスプレイ
３０測定装置
４０測定ヘッド
４２送波器（送波手段）
４２Ａ加振ヘッド（送波部）
４２Ｃスプリング（第１の弾性体）
４２Ｅダンパー（振動軽減部）
４２Ｆスプリング（第２の弾性体）
４４受波器（受波手段）
４４Ｂセンサ部（受波部）
４４Ｄスプリング（第３の弾性体）
５０コンクリート杭
５０Ａ測定孔
ＤＢ１コンクリート情報データベース

Claims

弾性波の送波対象とする杭に対して、当該杭の軸方向に形成された測定孔の表面から前記弾性波を送波する弾性波送波装置であって、
前記測定孔の表面に一端部が当接され、当該当接部位に対する押圧力が変化されることにより当該表面に対して前記弾性波を送波する送波部と、
前記送波部の前記一端部を前記当接部位に当接させるために当該送波部の他端部を付勢する第１の弾性体と、
前記測定孔の表面における前記当接部位に対向する面に一端部が当接され、前記送波部による前記弾性波の送波に伴う振動の発生を軽減する振動軽減部と、
前記振動軽減部の前記一端部を前記対向する面に当接させるために当該振動軽減部の他端部を付勢する第２の弾性体と、
を備え、
前記送波部と前記第１の弾性体による固有周期、及び前記振動軽減部と前記第２の弾性体による固有周期がずれていることを特徴とする弾性波送波装置。
前記第１の弾性体及び前記第２の弾性体はバネである
ことを特徴とする請求項１記載の弾性波送波装置。
前記振動軽減部はダンパである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の弾性波送波装置。
前記送波部は、当該送波部の前記一端部が前記当接部位に接触したままの状態で前記弾性波を送波する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の弾性波送波装置。
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の弾性波送波装置と、
前記測定孔の表面に一端部が当接され、前記送波部により送波された弾性波の前記杭の外周面及び内部からの反射波を受波する受波部と、
前記受波部の前記一端部を前記測定孔の表面に当接させるために当該受波部の他端部を付勢する第３の弾性体と、
を備え、
前記送波部と前記第１の弾性体による固有周期、前記振動軽減部と前記第２の弾性体による固有周期、及び前記受波部と前記第３の弾性体による固有周期のうちの少なくとも２つの固有周期がずれていることを特徴とする反射弾性波測定装置。
前記第３の弾性体はバネである
ことを特徴とする請求項５記載の反射弾性波測定装置。
前記測定孔の表面における、前記送波部の前記一端部により当接される領域と、前記受波部の前記一端部により当接される領域とが、当該測定孔の表面における同一方向を向く領域である
ことを特徴とする請求項５又は請求項６記載の反射弾性波測定装置。
反射波の測定対象とする杭に対して、当該杭の軸方向に形成された測定孔の内部に固定された状態で前記測定孔の表面に弾性波を送波する送波手段と、
前記送波手段と一体的に構成され、前記送波手段により送波された弾性波の前記杭の外周面及び内部からの反射波を受波する受波手段と、
を備え、
複数の固有周期を有すると共に、当該複数の固有周期のうちの少なくとも２つの固有周期がずれていることを特徴とする反射弾性波測定装置。