JP2016130685A

JP2016130685A - 構造物変状検出装置

Info

Publication number: JP2016130685A
Application number: JP2015004960A
Authority: JP
Inventors: 小宮　研一; Kenichi Komiya; 研一小宮; 石川　大介; Daisuke Ishikawa; 大介石川
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2035-01-14
Also published as: EP3051284A1; CN105783802A; JP6267659B2; US20160202216A1

Abstract

【課題】測定ポイントを移動しても、加振部と振動測定部が照射する超音波およびレーザビームの照射位置間の調整を不要とし、またコンパクト化が図れる構造物変状検出装置を提供する。【解決手段】測定対象物である構造物を非接触で加振する複数の加振器を有する加振部と、前記測定対象物に生じる振動を非接触で任意の測定位置で検出する振動測定部と、前記加振部と前記振動測定部とを所定の距離を有して配置する筐体と、前記任意の一つの加振器により前記測定対象物に発生させた振動を前記振動測定部が所定位置で検出するまでの時間を計測する時間計測部と、前記加振位置と前記測定位置との間における非変状状態での振動伝搬時間と、前記計測時間とを比較して、変状の有無を判定する変状判定部と、を有する。【選択図】図７

Description

この明細書に記載の実施形態は、橋梁やトンネル等の構造物の変状（ひび割れ、きれつ、内部の欠陥）を非接触で検出する技術に関するものである。

従来、橋梁、トンネル等の構造物の亀裂などの変状を非接触で検出する検出装置が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に開示される非接触方式の構造物変状検査装置は、検査対象となる構造物（以下、測定対象物と称す）に超音波発振器で発振した超音波を当てて加振する非接触方式の加振部と、前記加振部で加振された前記測定対象物の振動をレーザドップラ振動計で計測する振動測定部と、を有する。

この構造物変状検査装置は、測定対象物から離れた地点に前記加振部を配置し、測定対象物表面の検出ポイントやその検出ポイントを含む所定領域に向けて、超音波を発振し、測定対象物を非接触で加振する。また、前記振動測定部は、測定対象物から離れた地点に配置される。前記振動測定部は、加振状態の測定対象物の変状検出ポイントに向けてレーザビームを照射し、その反射光を受光し、受光光に基づいて変状検出ポイントの振動を計測することで当該変状検出ポイントにおける変状の有無を判定する。

ところで、変状の有無を検出する手法として、測定対象物の加振点と、振動測定部からのレーザビームが照射される照射ポイントとの間を所定距離とする。そして、前記所定距離を伝搬する振動の伝搬時間が所定の時間に対して異なるか否かにより、変状の有無を検出する。

しかし、前記加振部と、前記振動測定部は、それぞれ独立した一つの装置として存在し、測定対象物に対して、個々に超音波の照射位置と、レーザビームの照射位置を独立して設定する。このため、測定ポイントの移動に伴って、レーザビームと超音波の照射位置関係を常に一定に調整するような調整工程が必要であった。

また、遠隔からの高精度の測定を想定していることもあり、加振部及び振動計測手段ともに大型であった。

特開平８−２４８００６号公報

この明細書に記載の実施形態の目的は、測定ポイントを移動しても、加振部と振動測定部が照射する超音波およびレーザビームの照射位置間の調整を不要とし、またコンパクト化が図れる構造物変状検出装置を提供することにある。

課題を解決するための構造物変状検出装置の構成は、測定対象物である構造物を非接触で加振する複数の加振器を有する加振部と、前記測定対象物に生じる振動を非接触で任意の測定位置で検出する振動測定部と、前記加振部と前記振動測定部とを所定の距離を有して配置する筐体と、前記任意の一つの加振器により前記測定対象物に発生させた振動を前記振動測定部が所定位置で検出するまでの時間を計測する時間計測部と、前記加振位置と前記測定位置との間における非変状状態での振動伝搬時間と、前記計測時間とを比較して、変状の有無を判定する変状判定部と、を有する。

第１実施形態を示す構造物変状検出装置の概略正面図。図１に示す構造物変状検出装置の側断面図で、構造物に変状がない状態を示す。図１に示す加振部のパラメトリックスピーカーの構成を示す図。図１に示す構造物変状検出装置の側断面図で、構造物に変状がある状態を示す。図１に示す振動測定部を構成するレーザドップラ振動計の回路図。図１に示す構造物変状検出装置の検出動作の基本的な流れを説明するフローチャート。第２実施形態を示す構造物変状検出装置の概略側断面図で、構造物に変状がない状態を示す。第２実施形態を示す構造物変状検出装置の概略側断面図で、構造物に変状がある状態を示す。図７に示す加振部のパラメトリックスピーカーの制御回路図。図７に示す振動測定部の制御回路図。図７に示す構造物変状検出装置のシステム構成を示す回路図。図７に示す構造物変状検出装置のスピーカーの配置構成を説明する図で、変状がない状態を示す。図７に示す構造物変状検出装置のスキャニング動作を説明する図で、変状がある状態を示す。図１２のシステムによる構造物変状検出動作の流れを説明するフローチャート。第３実施形態を示す構造物変状検出装置のスピーカー配置構成を示す図。

以下、実施形態の画像形成装置を図面に基づいて説明する。

第１実施形態
図１は第１実施形態を示す構造物変状検出装置の概略正面図、図２は図１に示す構造物変状検出装置の側断面図で、構造物に変状がない状態を示す。図３は図１に示す加振部のパラメトリックスピーカーの構成を示す図、図４は図１に示す構造物変状検出装置の側断面図で、構造物に変状がある状態を示す。図５は図１に示す振動測定部を構成するレーザドップラ振動計の回路図、図６は図１に示す構造物変状検出装置の検出動作の基本的な流れを説明するフローチャートである。

図１、図２に示すように、構造物変状検出装置１０は、コンクリートやモルタル等で形成された測定対象物４に対して、ある一定の設置距離を隔てて対向配置し、非接触で測定点の振動を測定する。構造物変状検出装置１０は、加振器であるスピーカー８００を有する加振部２と、振動測定部１を有する。

加振部２と振動測定部１は、加振部２から出力される音波の出力方向の軸線と、振動測定部１から出射されるレーザビームの軸線とを同じ方向（前方）に向けて筐体３に配置される。加振部２から出力される音波の出力中心をＯ２、振動測定部１から出力されるレーザビームの出射中心をＯ１とすると、加振部２と振動測定部１は、出力中心Ｏ２と出射中心Ｏ１間の距離を所定の間隔Ｌ０として筐体３に固定され、一体化されている。

前記設置距離は、振動測定部１を構成するレーザドップラ振動計の焦点距離や、加振部２が出力する音波の到達距離等を考慮した上で決まる。本実施形態の場合、作業者が構造物変状検出装置１０を携帯できるような小型のものを想定しているため、数ｍ程度の近距離を想定している。

図１において、加振部２の加振器であるスピーカー８００としては、例えばパラメトリックスピーカーやフラットスピーカー、ラウドスピーカー、あるいはガスガン、衝撃波菅といった、非接触で、測定対象物を加振することが可能なものであればよい。以下、本実施例では、加振部２のスピーカーとしてパラメトリックスピーカー８００を例に説明する。

一方、振動測定部１は、二次元レーザドップラ振動計で構成され、筐体３の前面に二次元レーザドップラ振動計のレーザビームの入出射口であるレンズ部４３０（図７参照）が配置される。

一つのパラメトリックスピーカー８００の構成としては、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、トランスデューサー（例えば超音波圧電素子）８０１を平面に複数個並べたものである。トランスデューサー８０１単体ではおよそ６０〜７０度の指向性を持つが、図３（ａ）の構成とすると指向性が向上する。よって、パラメトリックスピーカー８００から発せられる超音波は数度の角度の指向性で、ほぼ一直線に測定対象物４に照射される（図４参照）。すなわちパラメトリックスピーカー８００の中心部とパラメトリックスピーカーから発せられる超音波の中心部Ｏ１はほぼ一致する。

一方、二次元走査型のレーザドップラ振動計１は、本実施形態では自己混合干渉型のレーザドップラ振動計を適用している。自己混合干渉法は、レーザの出力光と、加振された測定対象物からの散乱光をレーザ内部で干渉させ、測定対象物の運動（振動）を測定する手法である。すなわち、レーザビームが照射されている測定対象物４の振動を測定することができる。

加振部２は、コンクリートやモルタル等で形成された測定対象物４に対して、超音波を照射し、加振する。測定対象物４に照射（当てられた）超音波により測定対象物４に発生する超音波振動は、測定対象物４の表面を伝搬し、レーザドップラ振動計１のレーザビームが照射されている測定ポイントでレーザドップラ振動計に検出される。

測定対象物４の表面が例えばコンクリートだとする。加振部２が照射して発生した超音波振動の振動波６（図２参照）がコンクリート表面を真っ直ぐ（最短距離）伝搬する。そして、レーザドップラ振動計１に検出されるまでの時間（伝搬時間）Ｔ０を測定し、メモリに記録しておく。ひび割れや亀裂、浮き、剥離等の変状の生じていない健全なコンクリートであれば、この時間が距離Ｌ０を超音波が伝搬した時間となる。

一方、測定対象物が、ひびわれの生じたコンクリートの場合を表したのが図４である。この場合、測定対象物４に生じる超音波振動７は、ひび割れ部分５を伝搬できないため、ひび割れの深さＤ方向の頂点を沿うように迂回して伝搬し、レーザドップラ振動計の測定ポイントに達する。

すなわち、ひび割れや亀裂、剥離等が生じたコンクリートの場合には、超音波はコンクリートの表面を伝搬することができないため、長い距離を伝搬することになる。コンクリート内を伝搬する超音波の速度はほぼ一定のため、健全なコンクリートの伝搬時間よりも、長い時間を要してレーザドップラ振動計１に計測される。測定ポイントでの伝搬時間をＴ１とする。

すなわち、あらかじめ健全なコンクリートで伝搬時間Ｔ０を測定し（キャリブレーション）、それを記録しておき、測定対象物を測定した結果である伝搬時間Ｔ１が健全なコンクリートよりも長い時間であれば、何らかの変状（ひび割れ、亀裂、剥離等）が生じていることになる。

図５において、レーザドップラ振動計１は、レーザ部４０１の半導体レーザ４０２から出力されたレーザが光学ユニット４０８によって、測定対象物４上に集光される。集光されたレーザビームが、測定対象物４上で反射し、その散乱光が、光路を通じて、半導体レーザ４０２内部で干渉し、その光をレーザ部４０１内部のフォトダイオード４０３で測定する。

図２において、測定対象物４に生じる超音波振動６の進行方向が矢印の向きに振動すると、ドップラーシフトが生じ、散乱光の周波数がわずかに変化する。この散乱光がレーザ部４０１内部のオリジナル光（バックビーム）と干渉を起こし、それを内蔵フォトダイオード４０３で検出する。フォトダイオード４０３上で干渉すると、その周波数差がビート信号として検出される。

図６に示すフローチャートに基づいて、変状検出の流れを説明する。

Ａｃｔ１において、距離Ｌ０を隔てて健全なコンクリートの表面に加振部２により超音波を照射すると共に、振動測定部１によりレーザビームを照射する。そして、超音波の照射が開始されてから、振動測定部１が振動を検出するまでの時間（伝搬時間Ｔ０）を計測し、Ａｃｔ２に進む。

Ａｃｔ２において、基準となる伝搬時間Ｔ０をメモリに記録し、Ａｃｔ３に進む。Ａｃｔ１およびＡｃｔ２の処理は、基準時間測定の処理である。

Ａｃｔ３において、振動測定部１のレーザビームが照射する測定ポイントで、加振が開始されてから振動を検出することで、伝搬時間Ｔ１を測定し、Ａｃｔ４に進む。

Ａｃｔ４において、伝搬時間Ｔ１をメモリに記録し、Ａｃｔ５に進む。

Ａｃｔ５において、基準の伝搬時間Ｔ０と測定伝搬時間Ｔ１を比較する。測定伝搬時間Ｔ１が基準伝搬時間を超えている場合（Ｔ１＞Ｔ０）、Ａｃｔ６に進み、測定伝搬時間Ｔ１が基準伝搬時間未満の場合（Ｔ１＜Ｔ０）、Ａｃｔ７に進む。

Ａｃｔ６において、Ｔ１＞Ｔ０の場合は図４に示す状態であるため、変状ありと判定し、Ａｃｔ８に進み元に戻る。

Ａｃｔ７において、Ｔ１＜Ｔ０の場合は図２に示す状態にあるため、変状なしと判定し、Ａｃｔ８に進む。

次に、二次元レーザドップラ振動計１の構成の詳細を図７に基づいて説明する。

二次元レーザドップラ振動計１は、測定対象物４の測定面を互いに直交するＸ−Ｙ平面とすると（図１２参照）、Ｘ−Ｙ平面上の任意の測定点に向けて、レーザ部４０１よりレーザビームを照射できるようになっている。

本実施形態では、Ｘ軸回りとＹ軸回りに回転できるガルバノスキャナー４２０にレーザビームを照射し、測定対象物からの反射光をガルバノスキャナー４２０、光学ユニット４０８を介してレーザ部４０１で受光する。

第２実施形態
図７は第２実施形態を示す構造物変状検出装置の概略側断面図で、構造物に変状がない状態を示す。図８は第２実施形態を示す構造物変状検出装置の概略側断面図で、構造物に変状がある状態を示す。図９は図７に示す加振部のパラメトリックスピーカーの制御回路図、図１０は図７に示す振動測定部の制御回路図、図１１は図７に示す構造物変状検出装置のシステム構成を示す回路図、図１２は図７に示す構造物変状検出装置のスピーカーの配置構成を説明する図で、変状がない状態を示す。図１３は図７に示す構造物変状検出装置のスキャニング動作を説明する図で、変状がある状態を示す。図１４は図１２のシステムによる構造物変状検出動作の流れを説明するフローチャート。

図７、図８および図１３に示すように、筐体３には、複数のスピーカー８００がマトリックス状に配置される。ただし、レンズ部４３０の配置位置を（ｘ５、ｙ７）とすると、レンズ部４３０の配置位置を除いてスピーカー８００が配置される（この位置をホームポジションとする）。

加振部２は、複数のスピーカー８００のいずれか一つを任意に駆動することができる。二次元レーザドップラ振動計１は、ガルバノスキャナー４２０を駆動して、例えばｙ７軸上をｘ０−ｘ１０の間、ｘ５軸上をｙ０−ｙ１４の間を移動可能とする。ｘ０とｘ５との距離をＬ０とすると、座標位置が（ｘ０、ｙ７）のスピーカー８００を鳴動させ、二次元レーザドップラ振動計１がホームポジションの振動を計測することで、基準となる伝搬時間Ｔ０を計測することができる。

次に、加振部２であるパラメトリックスピーカー８００の選択及び駆動部８１０を図９および図１２に基づいて説明する。

本実施形態において、１個のパラメトリックスピーカー８００に対して専用の駆動回路が具備されているため、任意のパラメトリックスピーカー８００を駆動して（１個でも１６４個全てでも可能）、超音波を照射できる構成としている。パラメトリックスピーカー８００と駆動回路の組み合わせは（ｘ、ｙ）マトリックスで規定されており、例えば（ｘ０、ｙ０）にはＤＲＶ００が、（ｘ１０、ｙ０）にはＤＲＶ０１０が割り当てられている。

複数（図１２では１６４個）のパラメトリックスピーカー８００は、それぞれ専用のスピーカー駆動回路部（ＤＲＶ００、ＤＲＶ０１、・・・・ＤＲＶｎ）６００、６０１・・・６１０・・により鳴動駆動される。パラメトリックスピーカー８００の制御回路は、装置全体を制御するＣＰＵ５１１と、シフトレジスタ５１２と、複数のアンド回路５２０−５３５と、複数のフリップフロップ回路５６０−５９１と、複数のスピーカー駆動回路部ＤＲＶ００、ＤＲＶ０１、・・・・ＤＲＶｎを有する。複数のフリップフロップ回路５６０−５９１は、対応するフリップフロップ回路に駆動信号を出力する。各アンド回路５２０−５３５の出力は対応するフリップフロップ回路５６０−５９１のトリガに入力する。

装置全体を制御するＣＰＵ５１１は、データライン５１３と、スピーカーを指定するアドレスライン５１５とクロックライン５１４を使用して、任意のスピーカー８００を鳴動駆動することができる。データライン５１３は、各フリップフロップ回路５６０−５９１に入力される。アドレスライン５１５は、シフトレジスタ５１２に入力される。シフトレジスタ５１２は、指定されたパラメトリックスピーカー８００に対応するアンド回路の一方の入力端子に駆動信号を出力する。クロックライン５１４は、各アンド回路の他方の入力端子にクロック信号を入力する。ＣＰＵ５１１のアドレスライン５１５により特定のスピーカー８００に対して、データライン５１３により周波数等のデータが出力され、クロックライン５１４のクロック信号が出力されると、その間当該特定のスピーカー８００が鳴動駆動され、クロック信号が反転すると駆動停止される。鳴動駆動するスピーカー８００は、スキャニング処理により、所定の順序で順次切り替えられる。

次に、二次元レーザドップラ振動計１の構成の詳細を図１０に基づいて説明する。

二次元レーザドップラ振動計１は、測定対象物４の測定面を互いに直交するＸ−Ｙ平面とすると、Ｘ−Ｙ平面上の任意の測定点に向けてレーザビームを照射できるようになっている。

レーザ部４０１には、パワーモニター用のフォトダイオード４０３が内蔵されている。半導体レーザ４０２はカレントドライバ４０４によって、定電流駆動される。モニターダイオード４０３の出力は、電流―電圧変換アンプ４０５によって変換及び増幅された後、ローパスフィルター４０６によって高周波成分のノイズをカットされる。この信号４０９がビート信号で、この信号をモニターすることによって、ドップラーシフトが生じたかどうか分かる。さらにＦＦＴ４０７によってフーリエ変換し、レーザ強度のパワースペクトルを得ることができる。

本方法を選択したのは、従来の光ヘテロダイン検出法のような参照光が不要となるので、光学系の構成を単純化でき、低コストかつ小型装置を実現できるからである。

測定用レーザビーム光を走査させる２次元走査手段は、いわゆるガルバノスキャナー４２０である。測定用のレーザビーム光は、光学ユニット４０８によって、ガルバノスキャナー４２０の反射ミラー面に集光される。図の縦軸（ｙ軸）を中心にミラーを回転させるとｘ軸方向にビーム光を走査し、図の横軸（ｘ軸）を中心にミラーを回転させるとｙ軸方向にレーザビーム光を走査する。この動作によって、図１２のｘ軸方向の座標とｙ軸方向の座標で決まる任意の位置に測定用レーザビーム光を自由に移動することができる。

ガルバノスキャナー４２０のミラーは、ｘ軸回り駆動用のｘ軸アクチュエータ（不図示）と、ｙ軸回り駆動用のｙ軸アクチュエータ(不図示)によりｘ軸回りとｙ軸回りにそれぞれ回転駆動される。ＣＰＵ５１１から測定点の座標（Ｘ，Ｙ）指示がなされると、ｙ軸座標データ部４２１と、ｘ軸座標データ部４２２からｙ軸ドライバ４２３とｘ軸ドライバ４２４へ駆動信号がそれぞれ出力される。そして、前記ｙ軸アクチュエータと前記ｘ軸アクチュエータが駆動される。その結果、レーザビームは測定点に照射される。

構造物変状検出装置のシステム構成を図１１に示す回路図に基づいて説明する。なお、詳細な構成は図９及び図１０で説明したのでその説明は省略する。

構造物変状検出装置のシステム構成は、ＣＰＵ５１１により、スピーカー選択及び駆動部８１０を駆動し、任意の一つのパラメトリックスピーカー８００から超音波を出力する。スピーカー選択及び駆動部８１０は、駆動信号をタイマ８３０のスタート端子に出力する。

一方、ＣＰＵ５１１は、レーザドップラ振動計８２０を駆動し、計測結果のデータ信号をタイマ８３０のストップ端子とＣＰＵ５１１に出力する。

タイマ８３０は、スタート端子にスピーカー駆動信号が入力されるとタイマをスタートさせ、レーザドップラ振動計８２０の計測結果のデータ信号が入力されるとタイマをストップさせる。そして、メモリ８４０に計測結果のデータを記録させる。

この場合、パラメトリックスピーカー８００が測定対象物４に向けて照射する超音波の照射点は、複数の照射点（図１２では１６４点）中、一点である。これに対し、レーザドップラ振動計８２０はガルバノスキャナー４２０がｘ−ｙ座標上の（ｘ５、ｙｎ）、（ｘｎ、ｙ７）任意の測定点に向けてレーザビームを照射し、例えばマトリックス状に設定した測定点で振動を検出する。

本実施形態の構造物変状検出装置１０は、図１２に示すように、加振部２のパラメトリックスピーカー８００は○で表しており全部で１６４個から構成されている。パラメトリックスピーカー８００は、等間隔でマトリックス状に配置されている。また、任意のパラメトリックススピーカー８００を選択し、それを鳴動駆動し、測定対象物４に対して超音波を照射することができる。

一方、振動測定部１は、図面中央の×である。振動測定部１は、図１０に示す２次元走査型のレーザドップラ振動計である。図面中央位置がホームポジション位置で、（ｘ、ｙ）座標を指定することで、測定用のレーザビーム光を測定対象物の任意の位置（本実施形態では●で示す位置）に自由に移動することができる。

すなわち、加振部２が平面上に複数配置されていることと、振動測定部１の測定位置を測定対象物４上の任意の位置に自由に移動できることによって、任意に選択した加振部２と振動計測部１との間のひび割れ等の変状を検出することが可能となる。ひび割れの伸長を計測することができる。

図１３は、ひび割れ等の変状の伸長を検出する方法を説明するための図、図１４はひび割れ等の変状の伸長を検出する動作の流れを説明するフローチャートである。

図１３において、例えば、コンクリートで形成されたトンネルの覆工部上に生じた変状、例えばひび割れ９００を構造物変状検出装置１０で検出する。ひび割れ９００は、必ずしも直線上に生じるわけではなく、図１３のように方向を変えつつ伸長する。また、ひび割れは、目視で確認出来るものもあるが、そうでないものもある。図では便宜上太い黒線で表現しているが、本装置では目視で確認できないようなひび割れを検出することができる。

図１３ではトンネルの覆工部上に、構造物変状検出装置１０の加振部２と振動測定部１が投影されているイメージ図である。例えば、座標（ｘ０、ｙ０）は加振部２であるパラメトリックスピーカー８００が投影されており、その超音波出力が照射される位置である。

同様に、（ｘ５、ｙ７）は振動測定部１であるレーザドップラ振動計８２０のホームポジションであり、測定用レーザビーム光が照射される位置である。また、（ｘ０、ｙ７）、（ｘ１、ｙ７）、（ｘ２、ｙ７）、（ｘ３、ｙ７）、（ｘ４、ｙ７）、（ｘ６、ｙ７）、（ｘ７、ｙ７）、（ｘ８、ｙ７）、（ｘ９、ｙ７）、（ｘ１０、ｙ７）はホームポジションから、ｘ軸の左右方向に測定用レーザビーム光を移動させて照射させたイメージ図である。

同様に、（ｘ５、ｙ０）、（ｘ５、ｙ１）、（ｘ５、ｙ２）、（ｘ５、ｙ３）、（ｘ５、ｙ４）、（ｘ５、ｙ５）、（ｘ５、ｙ６）、（ｘ５、ｙ７）、（ｘ５、ｙ８）、（ｘ５、ｙ９）、（ｘ５、ｙ１０）、（ｘ５、ｙ１１）、（ｘ５、１２）、（ｘ５、１３）、（ｘ５、ｙ１４）はｙ軸の上下方向に測定用レーザビーム光を移動させて照射させたイメージ図である。

加振部２であるパラメトリックスピーカー８００や、振動測定部１のレーザドップラ振動計８２０の測定用レーザビーム光が投影されたエリアが、構造物変状検出装置１０の検知範囲である。

先ず、健全な状態のコンクリート上を本装置１０で測定する。このために、ＣＰＵ５１１は、ガルバノスキャナー４２０のミラーによって、レーザドップラ振動計８２０の測定用レーザビームの照射位置を（ｘ５、ｙ７）のホームポジションに移動させ、レーザ部４０２を発光させる。レーザビームはレンズ４０８によって、ガルバノスキャナー４２０のミラー面上にフォーカスされ、さらにミラー面で反射し、レンズ４３０によって、測定ポイントであるコンクリート上にフォーカスされる。この動作によって（ｘ５、ｙ７）の測定ポイントの振動を計測する。

次に、座標（ｘ０、ｙ７）のパラメトリックスピーカー８００を選択する。ＣＰＵ５１１は、データライン５１３に［００００００００００１］をセットし、アドレスライン５１５に［１０００］をセットする。さらにクロックライン５１４にクロックを発生させることによって、座標（ｘ０、ｙ７）のパラメトリックスピーカー８００用のドライバを選択し、超音波を発生させる（時間測定開始）。超音波はコンクリートの測定対象物４を加振し、その表面を伝搬し、レーザドップラ振動計８２０の測定位置である（ｘ５、ｙ７）に到達した時点でレーザドップラ振動計８２０に検出される（時間測定終了）。この測定時間をメモリ８４０に記憶する。すなわち、距離Ｌ０に対する伝搬時間Ｔ０を記憶する。

続いて、座標（ｘ１、ｙ７）のパラメトリックスピーカー８００を選択する。ＣＰＵ５１１は、データライン５１３に［００００００００００１０］をセットし、アドレスライン５１５に［１０００］をセットする。さらにクロックライン５１４にクロックを発生させることによって、座標（ｘ１、ｙ７）のパラメトリックスピーカー８００用のドライバを選択し、超音波を発生させる（時間測定開始）。超音波は測定対象物４のコンクリートを加振し、その表面を伝搬し、レーザドップラ振動計８２０の測定位置である（ｘ５、ｙ７）に到達した時点でレーザドップラ振動計８２０に検出される（時間測定終了）。この測定時間をメモリ８４０に記憶する。すなわち、距離Ｌ１に対する伝搬時間Ｔ１を記憶する。

以下同様に、パラメトリックスピーカー（ｘ２、ｙ７）、（ｘ３、ｙ７）、（ｘ４、ｙ７）を選択し、距離Ｌ２に対する伝搬時間Ｔ２、距離Ｌ３に対する伝搬時間Ｔ３、距離Ｌ４に対する伝搬時間Ｔ４を測定し、それぞれメモリ８４０に記憶する。

レーザドップラ振動計８２０の測定用レーザビーム光を（ｘ５、ｙ０）、（ｘ５、ｙ１）、（ｘ５、ｙ２）、（ｘ５、ｙ３）、（ｘ５、ｙ４）、（ｘ５、ｙ５）、（ｘ５、ｙ６）、（ｘ５、ｙ８）、（ｘ５、ｙ９）、（ｘ５、ｙ１０）、（ｘ５、ｙ１１）、（ｘ５、１２）、（ｘ５、１３）、（ｘ５、ｙ１４）に移動させれば、ｘ方向の距離に関して、全てのパラメトリックスピーカー８００とレーザドップラ振動計８２０の測定位置関係を、上記測定結果で賄うことが可能であるため大幅な時間短縮が可能である（もちろん、時間を費やして、全てのポイントを測定しても良い）。

上記動作によって、健全な状態のコンクリートでの超音波の伝搬時間が判明する。

次に、測定対象物（本例では、コンクリート製のトンネル覆工部）４に対して、本装置１０を設置し、測定を行う（図１３、図１４）。

なお、図１３、図１４において、ガルバノスキャナー４２０のミラー（ガルバノミラー）の移動によるレーザビームの照射位置の座標は、（ｘｎ、ｙ（７−ｎ））で示し、選択されるスピーカー８００の座標は、（ｘｎ、ｙ）で示す。

次に、測定対象物（本例では、コンクリート製のトンネル覆工部）４に対して、本装置１０を設置し、測定を行う。（図１３、図１４）
検出動作の前に、ＣＰＵ５１１は、ガルバノスキャナー４２０のガルバノミラーによって、レーザドップラ振動計８２０の測定用レーザビームの照射位置を（ｘ５、ｙ７）のホームポジションに移動させ、レーザ部４０２を発光させる。レーザビームはレンズ４０８によって、ガルバノスキャナー４２０のガルバノミラーのミラー面上にフォーカスされ、さらにミラー面で反射し、レンズ４３０によって、測定ポイントであるコンクリート上にフォーカスされる。この動作によって（ｘ５、ｙ７）の測定ポイントの振動を計測する。

引き続いて、Ａｃｔ１１において、ｎ＝０とし、Ａｃｔ１２に進み、レーザ部４０２を発光させ、Ａｃｔ１３に進む。

Ａｃｔ１３において、座標（ｘ０、ｙ７）にガルバノミラーを移動させ、Ａｃｔ１４に進む。

Ａｃｔ１４において、座標（ｘ０、ｙ７）のパラメトリックスピーカー８００を選択し、Ａｃｔ１５に進む。ＣＰＵ５１１は、データライン５１３に［０００００００００００１］をセットし、アドレスライン５１５に［１０００］をセットする。さらにクロックライン５１４にクロックを発生させることによって、（ｘ０、ｙ７）用のドライバを選択し、超音波を発生させる（時間測定開始）。

Ａｃｔ１５において、加振による振動の到達時間ｔ０を計測し、Ａｃｔ１６に進む。すなわち、コンクリートは超音波により加振され、加振による振動はその表面を伝搬し、レーザドップラ振動計８２０の測定位置である（ｘ５、ｙ７）に到達した時点（ｔ０）でレーザドップラ振動計に検出される（時間測定終了）。

Ａｃｔ１６において、測定時間ｔ０をメモリ８４０に記録し、Ａｃｔ１７に進む。

Ａｃｔ１７において、基準伝搬時間Ｔｎと、測定時間ｔｎとを比較し、測定時間ｔｎが基準伝搬時間Ｔｎを超えている場合には（ｔｎ＞Ｔｎ）、Ａｃｔ１８に進み、測定時間ｔｎが基準伝搬時間Ｔｎ未満の場合には（ｔｎ＜Ｔｎ）、Ａｃｔ２１に進む。図１３の場合、ｘ０とｘ５間にひび割れが存在するため、測定時間ｔｎは健全時の基準伝搬測定時間Ｔ０よりも長くなる（ｔ０＞Ｔ０）。測定時間の大小関係によって、ＣＰＵ５１１は、ひび割れの存在を検出する（Ａｃｔ１９、Ａｃｔ２１）。

Ａｃｔ１８において、ｎ＝ｎ＋１とし、レーザビームの照射位置を一つ移動し、鳴動駆動する次のスピーカー８００を選択し、Ａｃｔ１９に進む。

Ａｃｔ１９において、ひび割れ等の変状があると判定し、Ａｃｔ２０に進む。

Ａｃｔ２０において、ｎが５以上であるか否かを判定し、ｎが５未満に達するまで（Ｎｏ）Ａｃｔ１３に戻る。また、ｎが５（ｘ軸上）に達すると、Ａｃｔ２１に進み、Ａｃｔ１１に戻る。

すなわち、詳細なひびわれ位置を検出するために、加振ポイントを、測定ポイントに近づけて、同様の動作を行う。パラメトリックスピーカー（ｘ１、ｙ７）を選択する。

Ａｃｔ２２において、ひび割れ等の変状がないと判定し、Ａｃｔ２１に進む。

Ａｃｔ１３−Ａｃｔ２２において、ＣＰＵ５１１は、データライン５１３に［００００００００００１０］をセットし、アドレスライン５１５に［１０００］をセットする。さらにクロックライン５１４にクロックを発生させることによって、（ｘ１、ｙ７）用のドライバを選択し、超音波を発生させる（時間測定開始）。超音波はコンクリートを加振し、その表面を伝搬し、レーザドップラ振動計８２０の測定位置（ｘ５、ｙ７）に到達した時点でレーザドップラ振動計８２０に検出される（時間測定終了）。この測定時間ｔ１をメモリ８４０に記憶する。図１３の場合、ｘ１とｘ５間にひび割れが存在するため、測定時間ｔ１は健全時の測定時間Ｔ１よりも長くなる（ｔ１＞Ｔ１）。

以下、同様に、パラメトリックスピーカー（ｘ２、ｙ７）、（ｘ３、ｙ７）、（ｘ４、ｙ７）と選択し、上記測定を繰り返す。本例の場合には、（ｘ４、ｙ７）の測定時間が、ほぼｔ４と等しくなるため、ひび割れ位置は、（ｘ３、ｙ７）と（ｘ４、ｙ７）の間に存在することが分かる。

さらに、レーザドップラ振動計８２０の測定ポイントを（ｘ５、ｙ６）、（ｘ５、ｙ５）、（ｘ５、ｙ４）、（ｘ５、ｙ３）、（ｘ５、ｙ２）、（ｘ５、ｙ１）、（ｘ５、ｙ０）、に移動させて、同様の測定を行うことによって、ひびわれの位置を検出することができる。

第４実施形態
図１５は第４実施形態を示す。

図１５において、加振部２のパラメトリックスピーカー８００をｘ方向、ｙ方向に等間隔で配置し、全体の検知範囲を正方形の構成とした。

加振部２であるパラメトリックスピーカー８００と、振動測定部１であるレーザドップラ振動計８２０の間隔が、ｘ、ｙ方向で等長となるため、ひび割れの伸長方向に対して、ｘ、ｙ軸の区別なく使用できる。また、ひび割れの伸長方向が急激に変化した場合（９０度以上変化した場合）でも、対応が可能となる。

１０構造物変状検出装置
１振動測定部
８００パラメトリックスピーカー
２加振部
３筐体
４測定対象物
４０１レーザ部
４０２半導体レーザ
４０３フォトダイオード
４２０ガルバノスキャナー

Claims

測定対象物である構造物を非接触で加振する複数の加振器を有する加振部と、
前記測定対象物に生じる振動を非接触で任意の測定位置で検出する振動測定部と、
前記加振部と前記振動測定部とを所定の距離を有して配置する筐体と、
前記任意の一つの加振器により前記測定対象物に発生させた振動を前記振動測定部が所定位置で検出するまでの時間を計測する時間計測部と、
前記加振位置と前記測定位置との間における非変状状態での振動伝搬時間と、前記計測時間とを比較して、変状の有無を判定する変状判定部と、
を有する構造物変状検出装置。
前記加振部は、複数の加振器をマトリックス状に配置したことを特徴とする請求項１に記載の構造物変状検出装置。
前記振動測定部は、測定対象物の測定面に対し、任意の位置に測定位置を設定できることを特徴とする請求項１または２に記載の構造物変状検出装置。
前記加振器は、パラメトリックスピーカーであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の構造物変状検出装置。
前記振動測定部は、二次元レーザドップラ振動計測器であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の構造物変状検出装置。