JP2016212020A - 非破壊検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄筋コンクリートなどの被検査体に表面から電磁波を照射して内部構造物による反射波を検出し、内部構造を極めて短時間で検査し、検査能率を向上し、被検査体の深さ方向の鉄筋、金属管などの配筋・配管位置や、空洞、ひび割れ、剥離などの検査を行えるようにする。【解決手段】被検査体１０に向かって電磁波を射出するように二次元に配置した複数の送信アンテナ１８および反射波を受信するように二次元に配置した複数の受信アンテナ１８と、使用する所定の送信アンテナ１８および受信アンテナ１８を順次選択すると共に選択された受信アンテナ１８で検出した受信信号に基づいて画像処理する制御・処理装置３０と、を備える。【選択図】図２

Description

この発明は、鉄筋コンクリートなどの非検査体に表面から電磁波を照射して内部構造物や空隙などによる反射波を検出することにより内部構造を検査する非破壊検査装置に関するものである。

鉄筋コンクリート製の構築物（ビル、橋、など）や舗装道路などに埋設された鉄筋、金属管などの配筋・配管位置や、空洞、ひび割れ、剥離などをコンクリートの外側から探査するための非破壊検査装置（埋設物探査装置）が従来より公知である。例えば、構築物の表面に電磁波を照射して、内部の鉄筋、金属管、空洞、などによる反射波を検出するものがある。

特開平１０−４８３４７号公報 特開２０１３−２４５９８８ 特開２００２−３２３４５９ 特開２０００−２８７１２

特許文献１、２には、電磁波の発信部と反射波の受信部とを連続的に移動させることにより鉄筋、金属管の配置を検出することが記載されている。すなわち特許文献１には、複数のアンテナを縦方向に並べたアレイアンテナを橋脚（被検査体）に水平に固定したレールに乗せて横方向に移動可能にすることが示されている。また特許文献２には、コンクリート構造物（被検査体）の水平面上で移動する移動車に送信アンテナと受信アンテナを取り付けることが示されている。

特許文献３には、複数の送信アンテナ素子および受信アンテナ素子を一列に並べて設けたアレイアンテナをコンクリート表面に沿って素子の並び方向に直行する方向に移動させることによって内部欠陥を検出し、これを３次元画像化するものが開示されれている。

特許文献４には、船舶用レーダや航空用レーダなど通常遮蔽されて見えないところを２次元映像化する装置が示されている。すなわち、複数の送信用スロット（電磁波送出用の開口）を設けた導波管からなる送信用進行波アンテナと、同様な複数の受信用スロットを有する導波管からなる受信用進行波アンテナとを、それぞれ複数本ずつ交差させて配置し、１つの送信用進行波アンテナおよび１つの受信用進行波アンテナを選択して送信および受信を行い、不可視情報の可視化を可能にすることが記載されている。

送信アンテナおよび受信アンテナを被検査体の表面に沿って移動させるもの（特許文献１，２、３）においては、アンテナを直線的に手動で移動させる必要があり、探索に時間がかかるという問題が有る。また交叉する複数の導波管を用いるもの（特許文献４）によれば、至近距離の標的点は交叉する２個の進行波アンテナの交点として捕られられるが、遠くの標的点に対しては別途収束させる手段が必要になり（特許文献４の段落００１８参照）、精度が低下したり出力の処理が複雑になる。

この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、適宜面積の検査を極めて短時間で行い検査結果を直ちに知ることを可能にして検査能率を向上でき、また被検査体の深さ方向の鉄筋、金属管などの配筋・配管位置や、空洞、ひび割れ、剥離などの検査を行えるようにする非破壊検査装置を提供することを目的とする。

この発明によればこの目的は、被検査体に表面から電磁波を照射して内部構造物による反射波を検出することによって内部構造を検査するための非破壊検査装置であって、
前記被検査体に向かって電磁波を射出するように二次元に配置した複数の送信アンテナおよび前記反射波を受信するように二次元に配置した複数の受信アンテナと、
使用する所定の送信アンテナおよび受信アンテナを順次選択すると共に選択された前記受信アンテナで検出した受信信号に基づいて画像処理する制御・処理装置と、を備えることを特徴とする非破壊検査装置、により達成される。

複数の送信アンテナおよび受信アンテナを２次元に配置して、選択した送信アンテナから被検査体に向かって電磁波を射出し、選択した受信アンテナで反射波を受信し、この受信信号を用いて埋設物や空隙などを検出するから、検査中には送信・受信アンテナは被検査体に対して対向させて固定しておけばよい。この場合アンテナは所定形状（通常平板状）のケースに収納するから、検査範囲ごとにこのケースの位置を変えることにより検査範囲の変更に容易に対応できる。このためアンテナを連続的に移動させる移動車を用いたりその移動の手間が不要になり、検査時間を短くすることができる。

また深さ方向の位置が異なる複数の埋設物（空隙を含む）に対しては、使用するアンテナの組合わせを変更することにより検出可能となり、埋設物の配置状況に応じた高精度な検出が可能になる。ここに用いる制御・処理装置は、使用する所定の送信アンテナおよび受信アンテナを順次選択すると共に選択された前記受信アンテナで検出した受信信号に基づいて画像処理するが、この画像処理は通常電子回路（コンピューター）で行うから、この場合には処理速度は極めて速い。また使用する送信アンテナおよび受信アンテナの選択は、機械的スイッチにより手動で行ってもよいが、電子回路（コンピューター）により行えば、一層能率よい検査が可能である。

本発明の使用状態を示す斜視図 本発明の構成例を示す図 同じく全体構成およびアンテナ素子選択切替器の構成を示す図

送信アンテナおよび受信アンテナは別々に設けてもよいが、共通の１つのアンテナを送信用と受信用に切り替えて用いるのが望ましく、この場合にはアンテナの数を半減させることができる。例えば特開平９−２３１０１号公報に開示された高周波スイッチによって共通のアンテナを送信状態または受信状態に切り替えることができる。

使用する前記送信アンテナと受信アンテナの順番は、制御・処理装置に予め設定し記憶しておくことができる（請求項２）。例えば、Ｘ方向に並ぶアンテナの１つを送信アンテナとし、他を受信アンテナに設定し、送信アンテナを順次変化させて探索したり、送信アンテナに対してＹ方向に変位した受信アンテナを用いて探索したり、送信アンテナを中心として半径が異なる円周上の受信アンテナを用いて探索する、などの方法があり得る。この順番は制御・処理装置に予め設定しておけば能率よい探索ができる。しかし手動スイッチでこの順番を入力することも可能で有り、本発明はこれを含む。

所定位置の送信アンテナおよび受信アンテナ（別々に分けたものであっても共用にしたものでもよい。）は、ログスパイラルアンテナで構成するのが望ましい（請求項３）。ログスパイラルアンテナは、例えば特開平８−２６５０３６号公報に開示されているように無指向性に近い特性を持つアンテナであり、ここでは円錐形のコニカルログスパイラルアンテナをその底面（アンテナ面）に投影した形状のログスパイラル平面アンテナが適する。このアンテナは、所定の対数螺旋曲線および円弧で構成され、アンテナ面の鉛直方向に無指向性を示す。すなわち円偏波アンテナとなる。このアンテナ面は平面なので、装置の小型化に適し、安価でもある。

この非破壊検査装置は、それぞれのログスパイラルアンテナを送信アンテナまたは受信アンテナに切り替えるためのアンテナ素子選択切替器と、前記選択された送信アンテナに送信信号を送出する送信回路と、前記選択された受信アンテナの受信信号を受信する受信回路と、を備え、前記制御・処理装置は前記アンテナ素子選択切替器を切り替え制御して使用するアンテナを選択すると共に、前記送信回路および受信回路を制御して検出した前記受信信号により前記被検査体の内部構造を解析するように構成することができる（請求項４）。

またこのアンテナ素子選択切替器は、前記アンテナごとに設けられ前記制御・処理装置により選択されたアンテナを送信アンテナまたは受信アンテナとしての使用に応じて前記送信信号または受信信号の通過を許容する高周波スイッチと、前記送信回路および受信回路が出力する送信信号および受信信号を選択して前記アンテナに送信する送信信号選択回路および前記選択されたアンテナから受信した受信信号を前記受信回路に送信する受信信号選択回路と、を有するものとすることができる（請求項５）。

アンテナは平箱状のアンテナケースに収容し、前記アンテナケースの前記被検査体に対向する平面（例えば下面）を前記被検査体の表面に近接させた時（あるいは誘電率を適切に設定した部材を挟んで押さえたとき）、前記平面の周縁から電磁波が周囲に漏洩するのを防ぐためにこの平面の周辺に電波吸収体（電磁波遮蔽体）の機能を持つ部材を取り付けておくのがよい（請求項６）。

前記アンテナケースの他の面（被検査体に対する対向面と反対の面、および外周の側面面）は、電波吸収体で形成したり、これらの面に電波吸収体あるいは電波吸収材を貼付したり塗布しておくのがよい（請求項７）。

図１において、符号１０は非検査体であり、例えばビルや橋梁などの構築物の一部である鉄筋コンクリートである。このコンクリートの内部には適宜数の鉄筋１２が縦横かつ上下に埋設されている。１４はこの発明に係る非破壊検査装置であり、平箱状のケース１６に収納されている。このケース１６の例えば下面（非検査体１０に対向する面）あるいはケース内には、図２に示すように２次元に配置したアンテナ１８を収容するアンテナケース２０が取り付けられている。

それぞれのアンテナ１８は前記したログスパイラル平面アンテナであり、これらはアンテナケース２０に図２で横方向（Ｘ方向）にｍ個、縦方向（Ｙ方向）にｎ個それぞれ配列されて２次元アレイアンテナを構成する。ｍ×ｎ個のそれぞれのアンテナ１８は、アンテナ素子選択切替器２２が有する送受信切り替えスイッチ２４によって送信状態または受信状態に切り替え制御される。

図３にはＹ方向に並ぶｎ個の１列アンテナ（ＡＮＴ1〜ＡＮＴn）１８と、これらを切り替えるｎ個の送受信切り替えスイッチ２４だけが示されているが、これらはＸ方向にｍ列有るから、合計ｍ×ｎ個を有する。図３ではこれらの図示が省かれている。送受切替スイッチ２４は、ＳＰＤＴ（Single pole,dual throw）タイプの高周波スイッチであり、１本のアンテナ１８を送信状態と受信状態に切り替えるものである。アンテナ素子選択切替器２２にはまた、各送受信切り替えスイッチ２４を選択しかつ送信信号または受信信号を供給するための送信信号選択器２６および受信信号選択器２８を有する。

これらの送・受信信号選択器２６、２８はマルチプレクサスイッチで構成され、後記送信回路３２が送出する送信信号に同期して、送受信切り替えスイッチ２４で送信アンテナとして選択されたアンテナ１８に供給する。同様に受信アンテナとして選択されたアンテナ１８が検出した受信信号を、このアンテナ１８の同期してマルチプレクサスイッチ２８で読み込み後記受信回路３４に供給する。

３０はソフトウェアで制御される電子回路で構成されるコンピュータからなる制御・処理装置である。この装置３０は、前記アンテナ１８を選択するためのアンテナ切り替え制御信号を、前記送受信切替スイッチ２４および送信信号選択器２６、受信信号選択器２８
に送る。また、選択されたアンテナ１８に送信信号を送信回路３２を通して送出し、また
は受信信号を受信回路３４を通して制御・処理装置３０に供給する。制御・処理装置３０は、この受信信号に基づいて画像処理し、被検出体１０の内部構造を例えば３次元画像として表示画面に表示する。

この実施例では、アンテナ素子選択切替器２２、制御・処理装置３０、送受信回路３２、３４は図１に示すケース１６に収容するものとして説明した。この場合にはケース１６の上面（非検査体１０に対向する面と反対の面、上面）に表示画面を配設しておくことにより、ケース１６を検査領域におくことによって表示画面を見ることができ、操作性がよい。

この装置は、アンテナケース２０を他のアンテナ素子選択切替器２２から分離し、両者間で信号を無線で送受信するように構成してもよい。この場合は、非検査体１０に対して移動するのはアンテナケース２０だけで済み、作業能率が一層向上する。

１０ 鉄筋コンクリート（被検査体）
１２ 鉄筋
１４ 非破壊検査装置
１６ ケース
１８ アンテナ
２０ アンテナケース
２２ アンテナ素子選択切替器
２４ 送受信切り替えスイッチ
２６ 送信信号選択器
２８ 受信信号選択器
３０ 制御・処理装置
３２ 送信回路
３４ 受信回路

Claims (7)

1. 被検査体に表面から電磁波を照射して内部構造物による反射波を検出することによって内部構造を検査するための非破壊検査装置であって、
   前記被検査体に向かって電磁波を射出するように二次元に配置した複数の送信アンテナおよび前記反射波を受信するように二次元に配置した複数の受信アンテナと、
   使用する所定の送信アンテナおよび受信アンテナを順次選択すると共に選択された前記受信アンテナで検出した受信信号に基づいて画像処理する制御・処理装置と、を備えることを特徴とする非破壊検査装置。
2. 使用する前記送信アンテナと受信アンテナの順番は、前記制御・処理装置に予め設定されている請求項１の非破壊検査装置。
3. 所定位置の送信アンテナおよび受信アンテナは、共通のログスパイラルアンテナで構成される請求項１の非破壊検査装置。
4. それぞれのログスパイラルアンテナを送信アンテナまたは受信アンテナに切り替えるためのアンテナ素子選択切替器と、
   前記選択された送信アンテナに送信信号を送出する送信回路と、
   前記選択された受信アンテナの受信信号を受信する受信回路と、
   を備え、前記制御・処理装置は前記アンテナ素子選択切替器を切り替え制御して使用するアンテナを選択すると共に、前記送信回路および受信回路を制御して検出した前記受信信号により前記被検査体の内部構造を解析する請求項２の非破壊検査装置。
5. 前記アンテナ素子選択切替器は、前記アンテナごとに設けられ前記制御・処理装置により選択されたアンテナを送信アンテナまたは受信アンテナとしての使用に応じて前記送信信号または受信信号の通過を許容する高周波スイッチと、
   前記送信回路および受信回路が出力する送信信号および受信信号を選択した前記アンテナに送信する送信信号選択回路および前記選択されたアンテナから受信した受信信号を前記受信回路に送信する受信信号選択回路と、を有する請求項４の非破壊検査装置。
6. アンテナは平箱状のアンテナケースに収容され、前記アンテナケースの前記被検査体に対向する平面は前記被検査体の表面に近接し、前記平面の周縁には、電磁波の漏洩を防ぐための電波吸収体（電磁波遮蔽体）が取り付けられている請求項１〜５のいずれかの非破壊検査装置。
7. 前記アンテナケースの他の面は、電波吸収体が形成されている請求項６の非破壊検査装置。

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