JP2018119845A - Survey method of internal defect - Google Patents

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正道 手塚
Masamichi Tezuka
正道 手塚
直樹 堀越
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直樹 堀越
博 渡瀬
Hiroshi Watase
博 渡瀬
健太郎 山下
Kentaro Yamashita
健太郎 山下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To apply also to a thick structure other than a tabular object; and to detect accurately an internal defect.SOLUTION: Surface vibration generated when inputting an elastic wave into the surface of a structure is received, and the received wave is subjected to Hilbert transformation to calculate an instantaneous phase, and a momentary phase difference which is a variation per unit time of the instantaneous phase is calculated, and a time from the input time of the elastic wave until generation of a change in the instantaneous phase is obtained. Then, the position of an internal defect is estimated from a reciprocation distance to the internal defect D obtained by multiplying the time by a propagation velocity of the elastic wave inside the structure.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、コンクリート構造物などの構造物の内部に存在する空洞、クラック、ジャンカ、層間剥離等の内部欠陥を非破壊で検査する内部欠陥の探査方法に関する。   The present invention relates to an internal defect search method for inspecting internal defects such as cavities, cracks, jumpers, and delaminations existing in a structure such as a concrete structure in a nondestructive manner.

従来より、ポストテンション方式によるプレストレストコンクリートとして、コンクリートが硬化した後で、予め埋設しておいたシースに鋼線や鋼棒等のPC鋼材を挿通するとともに、前記PC鋼材に張力を導入した後、シース内のPC鋼材との空隙部にグラウトを注入することにより、プレストレスを導入したPC構造物が知られている。   Conventionally, as the prestressed concrete by the post-tension method, after the concrete has hardened, after inserting the PC steel material such as a steel wire or a steel bar into the sheath embedded in advance, after introducing the tension to the PC steel material, There is known a PC structure in which prestress is introduced by injecting grout into a space between the PC steel material in the sheath.

前記グラウトは、PC鋼材の腐食防止や部材コンクリートとPC鋼材との一体化を図ることなどを目的として、シース内のPC鋼材との空隙部に充填するものである。したがって、グラウトの充填不足によりシース内に空洞が生じた場合には、水や塩化物の浸入によってPC鋼材の腐食や破断などが生じ、PC構造物が著しく変状し、構造物の安全性を確保することができなくなるおそれがある。   The grout is used to fill a space between the PC steel material in the sheath and the like for the purpose of preventing corrosion of the PC steel material and integrating the member concrete and the PC steel material. Therefore, when a cavity is generated in the sheath due to insufficient filling of grout, the penetration or penetration of water or chloride causes corrosion or breakage of the PC steel material, which significantly changes the PC structure and increases the safety of the structure. There is a risk that it cannot be secured.

このようなシース内の空洞などのコンクリートの内部欠陥を非破壊で探査する方法としては、対象物の表面からX線を照射するX線透過法(下記特許文献1など)、コンクリート構造物の表面から超音波を入射するとともに、伝播する超音波を該コンクリート構造物の表面で受振し、該受振波を解析する超音波法(下記特許文献2など)、インパクタによりコンクリート中に衝撃弾性波を入力するとともに、表面の振動をセンサにより受振して解析する衝撃弾性波法(下記特許文献3など)などが知られている。   As a method for nondestructively exploring concrete defects such as cavities in the sheath, an X-ray transmission method in which X-rays are irradiated from the surface of an object (such as Patent Document 1 below), a surface of a concrete structure The ultrasonic wave is incident on the surface of the concrete structure, the propagating ultrasonic wave is received by the surface of the concrete structure, and the shock wave is input into the concrete by an ultrasonic method (such as Patent Document 2 below) that analyzes the received wave. In addition, a shock elastic wave method (such as Patent Document 3 below) that receives and analyzes surface vibrations by a sensor is known.

特開2001−208705号公報JP 2001-208705 A 特開2000−2692号公報JP 2000-2692 A 特開2011−185892号公報JP 2011-185892 A

しかしながら、上記X線透過法では、厚さが50cm以下程度の比較的薄い板状の構造物にしか適用できず、これより厚い構造物にはX線が透過しないため、適用範囲に制限があるという問題があった。また、透過方向に対して重なる位置に複数の内部欠陥が存在する場合には、正確な位置が探査できないという問題もあった。   However, the X-ray transmission method can be applied only to a relatively thin plate-like structure having a thickness of about 50 cm or less, and X-rays do not pass through a structure thicker than this. There was a problem. In addition, when a plurality of internal defects exist at a position overlapping with the transmission direction, there is a problem that an accurate position cannot be searched.

また、上記超音波法では、入射波として周波数が高い領域のものを使用しているため、検知できる深さが20cmより浅い領域に限られていた。また、分解能を高めるためより高い周波数の入射波を用いると、コンクリート中の骨材や気泡、鉄筋、シースなどにおける散乱が生じ、シース内の未充填部からの反射波を適確に捉えることが難しくなるという問題が生じていた。   In the ultrasonic method, since the incident wave has a high frequency region, the detectable depth is limited to a region shallower than 20 cm. In addition, if a higher frequency incident wave is used to improve the resolution, scattering will occur in aggregates, bubbles, reinforcing bars, sheaths, etc. in the concrete, and the reflected waves from the unfilled part in the sheath can be accurately captured. There was a problem of becoming difficult.

一方、上記衝撃弾性波法は、入力された弾性波が対向面で反射し、構造物の厚さ方向に多重反射することを前提とした板状の構造物を対象とする技術であるため、板状以外の構造物、例えばT桁下フランジのような断面形状のものには適用できないという問題があった。   On the other hand, the shock elastic wave method is a technique for a plate-like structure on the premise that the input elastic wave is reflected on the opposing surface and is subjected to multiple reflection in the thickness direction of the structure. There is a problem that it cannot be applied to a structure other than a plate shape, for example, a cross-sectional shape such as a T-girder flange.

そこで本発明の主たる課題は、板状以外で厚さが厚い構造物にも適用可能にするとともに、内部欠陥を精度良く検出できるようにした内部欠陥の探査方法を提供することにある。   Accordingly, a main object of the present invention is to provide a method for searching for an internal defect that can be applied to a structure having a thickness other than a plate shape and can detect an internal defect with high accuracy.

上記課題を解決するために請求項1に係る本発明として、構造物の表面に弾性波を入力したときの表面の振動を受振し、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出し、弾性波の入力時から前記瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得た後、前記時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥までの往復距離から内部欠陥の位置を推定することを特徴とする内部欠陥の探査方法が提供される。   In order to solve the above-mentioned problem, the present invention according to claim 1 receives vibration of the surface when an elastic wave is input to the surface of the structure, calculates the instantaneous phase by converting the received wave into a Hilbert transform, and After calculating the instantaneous phase difference, which is the amount of change in the instantaneous phase per unit time, and obtaining the time from when the elastic wave is input until the instantaneous phase difference changes, the elastic wave inside the structure is There is provided an internal defect search method characterized by estimating the position of an internal defect from a round trip distance to the internal defect obtained by multiplying the propagation velocity.

上記請求項1記載の発明は、構造物の表面に弾性波を入力することにより、構造物の表面を伝搬する波動と、内部欠陥で反射した反射波とが相互に干渉することを利用して内部欠陥の位置を推定する非破壊の探査方法である。   The invention of claim 1 utilizes the fact that a wave propagating on the surface of the structure and a reflected wave reflected by an internal defect interfere with each other by inputting an elastic wave to the surface of the structure. It is a non-destructive exploration method that estimates the position of internal defects.

内部欠陥が存在する構造物の場合、構造物の表面に弾性波を入力したときの表面で計測される受振波は、入力された弾性波に起因して表面を伝搬する波と、構造物内部を伝搬した弾性波が内部欠陥で反射して表面に到達した反射波とが重なり合ったものである。本探査方法では、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出し、弾性波の入力時から前記瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得ることによって、表面を伝搬する波と反射波とが干渉した時間を特定し、この時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥までの往復の距離から内部欠陥の位置を推定している。   In the case of a structure with internal defects, the received wave measured on the surface when the elastic wave is input to the surface of the structure is the wave propagating on the surface due to the input elastic wave, Is reflected by the internal defect and reflected waves that have reached the surface overlapped. In this exploration method, the instantaneous phase is calculated by Hilbert transform of the received wave, and the instantaneous phase difference, which is the amount of change of the instantaneous phase per unit time, is calculated to change to the instantaneous phase difference from the time of elastic wave input. By determining the time until the wave propagating on the surface interferes with the reflected wave, and by multiplying this time by the propagation velocity of the elastic wave inside the structure, the round trip to the internal defect is obtained. The position of the internal defect is estimated from the distance.

本探査方法では、入力波に伴う表面を伝搬する波と内部欠陥で反射した反射波との相互干渉を利用して内部欠陥の位置を推定しているため、板状以外の断面を有する構造物にも適用できるとともに、厚さが厚い構造物にも適用可能である。   In this exploration method, the position of the internal defect is estimated by utilizing the mutual interference between the wave propagating on the surface accompanying the input wave and the reflected wave reflected by the internal defect, so a structure having a cross section other than a plate shape It can be applied to a structure having a large thickness.

また、複数の内部欠陥が存在する場合でも、各内部欠陥で反射した反射波をそれぞれ捉えることにより、各内部欠陥の位置が正確に把握でき、内部欠陥を精度良く検出できるようになる。   In addition, even when there are a plurality of internal defects, by capturing the reflected waves reflected by each internal defect, the position of each internal defect can be accurately grasped, and the internal defect can be detected with high accuracy.

請求項2に係る本発明として、弾性波の入力位置を通る直線に沿って間隔をあけて複数の位置で振動を受振し、構造物の断面図に、各受振波から得られた前記内部欠陥までの往復距離と同等の往復距離となる楕円弧状の欠陥位置想定曲線を描き、複数の前記欠陥位置想定曲線が交差又は近接する位置から内部欠陥の位置を推定する請求項1記載の内部欠陥の探査方法が提供される。   The present invention according to claim 2, wherein vibrations are received at a plurality of positions at intervals along a straight line passing through an elastic wave input position, and the internal defect obtained from each received wave is shown in a sectional view of the structure. 2. An internal defect position is estimated from a position where an elliptical arc-shaped defect position assumption curve having a reciprocation distance equal to the reciprocation distance up to is drawn, and a position of the internal defect is estimated from a position where the plurality of defect position assumption curves intersect or approach each other. An exploration method is provided.

上記請求項2記載の発明では、内部欠陥の位置をより高精度に検出するため、複数の位置で振動を受信し、各受振波から得られた位置を総合して内部欠陥の位置を推定している。具体的には、弾性波の入力位置を通る直線に沿って間隔をあけて複数の位置で振動を計測することにより、1回の弾性波の入力によって複数の位置で同時に受振波が計測できるようになる。また、1箇所の受振波のみでは、反射波が実際にはどの経路をたどって反射してきたのか定かではないため、本発明では、構造物内部の弾性波の伝搬特性から1箇所の受振波に対して可能性のある内部欠陥の位置を欠陥位置推定曲線という楕円弧状のラインで示している。そして、各受振波に対して描かれる複数の欠陥位置推定曲線が交差又は近接する位置を内部欠陥の位置として推定している。   In the invention described in claim 2, in order to detect the position of the internal defect with higher accuracy, vibration is received at a plurality of positions, and the position obtained from each received wave is combined to estimate the position of the internal defect. ing. Specifically, by measuring vibration at a plurality of positions at intervals along a straight line passing through the elastic wave input position, it is possible to simultaneously measure the received waves at a plurality of positions by inputting the elastic wave once. become. In addition, since it is not certain which path the reflected wave has actually reflected from only one received wave, in the present invention, the received wave is changed to one received wave from the propagation characteristics of the elastic wave inside the structure. On the other hand, possible internal defect positions are indicated by elliptic arc-shaped lines called defect position estimation curves. And the position where the several defect position estimation curve drawn with respect to each received wave cross | intersects or adjoins is estimated as a position of an internal defect.

請求項3に係る本発明として、入力する弾性波は、周波数が10kHz〜25kHzの間の特定の周波数成分を含んでいる請求項1、2いずれかに記載の内部欠陥の探査方法が提供される。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the internal defect search method according to any one of the first and second aspects, wherein the input elastic wave includes a specific frequency component having a frequency between 10 kHz and 25 kHz. .

上記請求項3記載の発明では、入力する弾性波の周波数として10kHz〜25kHzの間の特定の周波数成分を含むようにしている。入力する弾性波として高周波数のものを用いることによって、弾性波があたかも障害を乗り越えるような回折の影響は低減するが、コンクリート内部の骨材や微小空隙による散乱の影響は増す。また、広帯域のバンド幅を持つ周波数の弾性波では、回折及び散乱の周波数特性の違いから波動に分散性が生じ、位相情報を用いた内部欠陥の探査が実施困難となる。このような回折や散乱の影響を低減するため、高周波数領域で且つ帯域幅の狭い弾性波を入力することとしている。   In the third aspect of the invention, the frequency of the input elastic wave includes a specific frequency component between 10 kHz and 25 kHz. By using a high-frequency wave as the input elastic wave, the influence of diffraction as if the elastic wave overcame the obstacle is reduced, but the influence of scattering due to aggregates and minute voids inside the concrete is increased. In addition, in an elastic wave having a frequency with a wide bandwidth, the wave has dispersibility due to the difference in diffraction and scattering frequency characteristics, making it difficult to search for internal defects using phase information. In order to reduce the influence of such diffraction and scattering, an elastic wave having a narrow bandwidth is input.

請求項4に係る本発明として、前記構造物は、コンクリートが硬化した後で、予め埋設しておいたシースにPC鋼材を挿通するとともに、前記PC鋼材に張力を導入した後、前記シース内の前記PC鋼材との空隙部にグラウトを注入してなるポストテンション方式によるPC構造物であり、
前記グラウトの充填状態を確認するのに前記探査方法が用いられている請求項1〜3いずれかに記載の内部欠陥の探査方法が提供される。
As the present invention according to claim 4, after the concrete is hardened, the structure is inserted into a sheath embedded in advance, and after introducing tension into the PC steel material, It is a PC structure by a post tension system formed by injecting grout into a gap with the PC steel material,
The search method of the internal defect in any one of Claims 1-3 in which the said search method is used for confirming the filling state of the said grout.

上記請求項4記載の発明では、ポストテンション方式によるPC構造物において、グラウトの充填状態を確認するのに本探査方法を用いるのが特に好適であることを示している。   In the invention described in claim 4 above, it is shown that it is particularly preferable to use the present exploration method for confirming the grout filling state in a post-tension type PC structure.

以上詳説のとおり本発明によれば、T桁下フランジなどの板状以外の断面形状からなる構造物や厚さが厚い構造物にも適用できるとともに、内部欠陥が精度良く検出できるようになる。   As described above, according to the present invention, the present invention can be applied to a structure having a cross-sectional shape other than a plate shape such as a T-girder flange or a structure having a large thickness, and an internal defect can be detected with high accuracy.

本発明に係る内部欠陥の探査方法を実施するための構成図である。It is a block diagram for enforcing the internal defect search method according to the present invention. 弾性波の伝搬状況を示す、2次元の模式図である。It is a two-dimensional schematic diagram showing the propagation state of elastic waves. 内部欠陥がない場合の出力波形の例である。It is an example of an output waveform when there is no internal defect. 内部欠陥がある場合の出力波形の例である。It is an example of an output waveform when there is an internal defect. 内部欠陥がある場合の表面波と反射波の例である。It is an example of a surface wave and a reflected wave when there is an internal defect. ヒルベルト変換による実数部と虚数部の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the real part and imaginary part by Hilbert transform. 内部欠陥がない場合とある場合の瞬時位相及び瞬時位相差を算出した結果の例である。It is an example of the result of having calculated the instantaneous phase and the instantaneous phase difference when there is no internal defect and when there is. 打撃装置1を示す側面図である。1 is a side view showing a striking device 1. 変形例に係る内部欠陥の探査方法を実施するための構成図である。It is a block diagram for enforcing the internal defect search method according to a modification. マルチチャンネル式弾性波センサ7を示す側面図である。3 is a side view showing a multichannel elastic wave sensor 7. FIG. 欠陥位置想定曲線の作図要領を示す図である。It is a figure which shows the drawing point of a defect position assumption curve. 実験に用いたT桁下フランジを示す、(A)は断面図、(B)は側面図である。The T-girder flange used in the experiment is shown, (A) is a sectional view, and (B) is a side view. 実験に用いた内部欠陥Dの状況を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the condition of the internal defect D used for experiment. 実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows an experimental result. 欠陥位置想定曲線を示す構造物の断面図である。It is sectional drawing of the structure which shows a defect position assumption curve.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明に係る内部欠陥Dの探査方法は、図1に示されるように、構造物の表面に弾性波を入力したときの表面の振動を受振し、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出し、弾性波の入力時から前記瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得た後、前記時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥Dまでの往復距離から内部欠陥Dの位置を推定することを特徴としている。   As shown in FIG. 1, the internal defect D exploration method according to the present invention receives surface vibration when an elastic wave is input to the surface of a structure, and calculates the instantaneous phase by converting the received wave into a Hilbert transform. And calculating an instantaneous phase difference that is a change amount per unit time of the instantaneous phase, obtaining a time from when an elastic wave is input until the instantaneous phase difference is changed, and The position of the internal defect D is estimated from the reciprocating distance to the internal defect D obtained by multiplying the propagation speed of the elastic wave in FIG.

本探査方法は、構造物の表面に弾性波を入力したとき、入力した弾性波に起因して構造物の表面を伝搬する波と、内部欠陥Dが存在する場合に、構造物内部を伝搬した弾性波が前記内部欠陥Dで反射して表面に到達した反射波とが、構造物の表面で相互に干渉することに着目して、受振波をヒルベルト変換して位相変化が生じた時間を求めることにより、内部欠陥Dの位置を推定しようとするものである。   In this exploration method, when an elastic wave is input to the surface of the structure, the wave propagates through the surface of the structure due to the input elastic wave and the internal defect D is propagated. Focusing on the fact that the reflected waves that have reflected the internal defect D and arrived at the surface interfere with each other on the surface of the structure, find the time when the phase change occurred by the Hilbert transform of the received wave Thus, the position of the internal defect D is to be estimated.

以下、本探査方法の原理について詳細に説明すると、
図1に示されるように、構造物の表面に弾性波を入力した場合、入力位置から平面方向に所定の距離(50mm)だけ離れた計測位置における構造物表面の振動は、内部欠陥が無い場合には、弾性波の入力時から所定の時間経過後、伝搬速度が最も速いP波(縦波、図2参照)のポアソン比による垂直方向のひずみ分が観測され、その後R波(表面波(レイリー波)、図2参照)が観測される。図3には、両者の重ね合わされた表面を伝搬する波を−sin波として示す。
Hereinafter, the principle of this exploration method will be described in detail.
As shown in FIG. 1, when elastic waves are input to the surface of the structure, the vibration of the structure surface at the measurement position separated from the input position by a predetermined distance (50 mm) in the plane direction is free from internal defects. , A vertical distortion due to the Poisson's ratio of the P wave (longitudinal wave, see FIG. 2) having the fastest propagation speed is observed after a predetermined time from the input of the elastic wave, and then the R wave (surface wave ( Rayleigh wave), see FIG. 2). In FIG. 3, a wave propagating on the superposed surface of both is shown as a −sin wave.

一方、図1に示されるように、構造物内部の所定位置(深さ100mm)に内部欠陥D(断面20×20mmの立方体形の空洞)が存在する場合、計測位置における構造物表面の振動は、図4に示されるように、図3の内部欠陥がない場合とは異なる波形となる。これは、図5に示されるように、上述の表面を伝搬する波に遅れて、構造物内部を伝搬するP波が内部欠陥Dで反射して表面に到達した反射波が重ね合わされたことによるものである。   On the other hand, as shown in FIG. 1, when an internal defect D (a cubic cavity having a cross section of 20 × 20 mm) exists at a predetermined position (depth: 100 mm) inside the structure, the vibration of the structure surface at the measurement position is As shown in FIG. 4, the waveform is different from that in the case of no internal defect in FIG. This is because, as shown in FIG. 5, the P wave propagating inside the structure is reflected by the internal defect D after the wave propagating on the surface, and the reflected wave reaching the surface is superimposed. Is.

弾性波の入力により構造物の内部に生成される弾性波は、第1波目が測定面を下向きに変位させる位相成分を持ち、その周波数は入力する弾性波に依存し基本的に入力波の周波数と一致する。この構造物の内部を伝搬する弾性波が空洞などの内部欠陥Dと衝突すると、反射波が生成される。この反射波は、第1波目が下向きの位相成分を有し、入力の弾性波と同じような波動となる。この反射波が構造物表面に達すると、表面を伝搬する波と反射波とで波動の干渉が生じ、表面を伝搬する波のみの状況とは異なった波形となる。   The elastic wave generated inside the structure by the input of the elastic wave has a phase component in which the first wave displaces the measurement surface downward, and its frequency basically depends on the input elastic wave and Match the frequency. When an elastic wave propagating inside the structure collides with an internal defect D such as a cavity, a reflected wave is generated. The reflected wave has a phase component in which the first wave has a downward direction, and has the same wave as the input elastic wave. When this reflected wave reaches the surface of the structure, wave interference occurs between the wave propagating on the surface and the reflected wave, resulting in a waveform different from the situation of only the wave propagating on the surface.

このように、構造物表面の振動を受振し、受振波を解析して表面を伝搬する波に反射波が重なった時間を得ることができれば、弾性波の伝搬速度から、反射波が生成された位置が推定できる。   In this way, if the vibration of the surface of the structure is received, the received wave is analyzed, and the time when the reflected wave overlaps the wave propagating on the surface can be obtained, the reflected wave is generated from the propagation speed of the elastic wave. The position can be estimated.

次に、受振波の解析手法について説明する。本探査方法では、先ず受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出している。前記ヒルベルト変換は、複素フーリエ変換における正の周波数領域のみを通過させる周波数フィルターを通した後、フーリエ逆変換によって時間軸波形を得て、その振幅と位相を分離、判別できるようにしたものである(下式及び図6参照)。   Next, a method for analyzing the received wave will be described. In this exploration method, first, the instantaneous phase is calculated by Hilbert transform of the received wave. In the Hilbert transform, after passing through a frequency filter that passes only the positive frequency region in the complex Fourier transform, a time axis waveform is obtained by inverse Fourier transform, and the amplitude and phase can be separated and discriminated. (See the following formula and FIG. 6).

x(t)=xr(t)+i×xi(t)
xr(t)=A(t)cosθ(t)、xi(t)=A(t)sinθ(t)
振幅 A(t)=(xr(t)+xi(t)1/2
位相 θ(t)=tan−1(xi(t)/xr(t))
内部欠陥Dが無い場合とある場合の観測結果の具体例を図7に示す。図7(A)〜(C)は内部欠陥が無い場合、図7(D)〜(F)は内部欠陥がある場合である。図7(A)、(D)は計測された構造物表面の振動波形であり、図7(B)、(E)は受振波をヒルベルト変換した瞬時位相であり、図7(C)、(F)は瞬時位相の単位時間当たりの変化量を算出した瞬時位相差である。図7(A)、(D)の縦軸は、入力波形の最大振幅を1としたときの比で表された振幅である。
x (t) = xr (t) + i × xi (t)
xr (t) = A (t) cosθ (t), xi (t) = A (t) sinθ (t)
Amplitude A (t) = (xr (t) 2 + xi (t) 2 ) 1/2
Phase θ (t) = tan −1 (xi (t) / xr (t))
Specific examples of the observation results when there is no internal defect D and when there is no internal defect D are shown in FIG. 7A to 7C show the case where there is no internal defect, and FIGS. 7D to 7F show the case where there is an internal defect. 7 (A) and (D) are measured vibration waveforms on the surface of the structure, and FIGS. 7 (B) and (E) are instantaneous phases obtained by Hilbert transform of the received waves. FIGS. F) is an instantaneous phase difference obtained by calculating a change amount of the instantaneous phase per unit time. The vertical axes in FIGS. 7A and 7D are amplitudes expressed as a ratio when the maximum amplitude of the input waveform is 1.

内部欠陥が無い場合、計測された振動波形を、図7(A)に示されるように、振幅が一定の正弦波とした場合は、これをヒルベルト変換した瞬時位相は、同図7(B)に示されるように、時間に対して比例するとともに、折り返しの間隔がほぼ一定となるのこぎり波形を成している。瞬時位相がこのようなのこぎり波形となるのは、位相が−π/2からπ/2で表され、それ以上になると折り返される様子を反映したものである。次に、瞬時位相差は、瞬時位相の単位時間当たりの変化量から求められるものであるため、同図7(C)に示されるように、瞬時位相がほぼ一定の傾きのとき時間的に変化せずほぼ一定の値となる。なお、前記瞬時位相において位相角が一回転した際の折り返しによる急激な変化に対応して、瞬時位相差の急激な変化が生じる箇所があるが、これは本解析において無視してもよいものである。   When there is no internal defect, when the measured vibration waveform is a sine wave with a constant amplitude as shown in FIG. 7 (A), the instantaneous phase obtained by Hilbert transform is as shown in FIG. 7 (B). As shown in the figure, a sawtooth waveform is formed which is proportional to the time and whose folding interval is substantially constant. The instantaneous phase having such a sawtooth waveform reflects a state in which the phase is represented by −π / 2 to π / 2 and is turned back when the phase is exceeded. Next, since the instantaneous phase difference is obtained from the amount of change in the instantaneous phase per unit time, as shown in FIG. 7C, the instantaneous phase difference changes with time. It becomes almost constant value. Incidentally, there is a portion where a sudden change in the instantaneous phase difference occurs corresponding to a sudden change caused by turning back when the phase angle makes one revolution in the instantaneous phase, but this may be ignored in this analysis. is there.

これに対して、内部欠陥Dがある場合、受振波には所定の時刻において内部欠陥で反射した反射波が加わる(干渉する)ため、図7(D)に示されるように、計測された振動波形は、振幅及び位相が乱れた波形となり、これをヒルベルト変換した瞬時位相は、同図7(E)に示されるように、折り返しの間隔が異なるのこぎり波形を成す。また、瞬時位相差は、同図7(F)に示されるように、反射波が構造物の表面に到達した時刻で変化が生じるようになる。   On the other hand, when there is an internal defect D, a reflected wave reflected by the internal defect is added (interfered) to the received wave at a predetermined time, so that the measured vibration is shown in FIG. The waveform is a waveform whose amplitude and phase are disturbed, and the instantaneous phase obtained by converting the waveform into a Hilbert transform forms a sawtooth waveform having different folding intervals as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 7F, the instantaneous phase difference changes at the time when the reflected wave reaches the surface of the structure.

このように、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出することにより、表面を伝搬する波と反射波がとが相互に干渉して瞬時位相差に変化が生じる時刻が得られるので、弾性波の入力時から瞬時位相差に変化が生じるまでの時間に、構造物内部における縦弾性波の伝搬速度を乗じることにより、内部欠陥Dまでの往復距離が得られるようになる。更に、この内部欠陥Dまでの往復距離から内部欠陥Dの位置を推定することが可能となる。   In this way, the Hilbert transform of the received wave is used to calculate the instantaneous phase, and by calculating the instantaneous phase difference that is the amount of change of the instantaneous phase per unit time, the wave propagating on the surface and the reflected wave are easily separated. Since the time at which the instantaneous phase difference changes due to mutual interference is obtained, the time from when the elastic wave is input until the instantaneous phase difference changes is multiplied by the propagation velocity of the longitudinal elastic wave inside the structure. The round trip distance to the internal defect D can be obtained. Furthermore, the position of the internal defect D can be estimated from the reciprocating distance to the internal defect D.

具体的に図7(F)に示される例では、瞬時位相差に変化が生じるまでの時間は約0.05msであり、これにコンクリートの場合の縦弾性波伝搬速度4000m/sを乗じることにより、構造物の表面から内部欠陥までの往復の距離が200mmという値が得られる。これを2で割って、深さ約100mmの位置に内部欠陥が存在すると推定することができる。これは、上述の実機の試験モデルと一致する。   Specifically, in the example shown in FIG. 7 (F), the time until the instantaneous phase difference changes is about 0.05 ms, which is multiplied by the longitudinal elastic wave propagation velocity 4000 m / s in the case of concrete. The value of the reciprocating distance from the surface of the structure to the internal defect is 200 mm. By dividing this by 2, it can be estimated that there is an internal defect at a depth of about 100 mm. This is consistent with the above-described actual machine test model.

前記瞬時位相差が変化した時点は、次の考え方に基づいて判断することができる。瞬時位相差の変化は、波動の伝搬速度が変化した場合や、異なる位相成分を持つ他の波動が重畳した場合に発生する。なお、同一位相成分の波動が重畳した場合には、位相の変化は生じないが振幅に変化が生じる。位相のみに着目する場合には、このような同一位相成分の波動の重畳を検出することはできないが、この問題には複数点での測定を行うことによって対応することができる。狭い範囲の周波数帯域の信号では、外来信号の到来以外に位相変化を発生させる要因がない。ノイズが混入する場合には、位相のランダムに変化が生じ、そもそも瞬時位相差を求めることができない。従って、瞬時位相差を解析対象信号として検出できる場合にはノイズの影響を考慮する必要がなく、外来信号の存在のみを考慮すれば良いこととなる。また、外来信号が重畳した後には、位相は一様に変化し、この場合瞬時位相差のような微分操作では、この一様変化を検出することはできない。従って、瞬時位相差が変化した時点を外来信号の到来、すなわち内部欠陥からの反射波の到来時刻と想定することが可能である。このとき、瞬時位相差の変分量は、入力した弾性波の強度と反射波の強度との比の関数となるため、ある一定の閾値(例えば測定時間全体における瞬時位相差の平均値の±5%以内或いは計測時刻から遡って一定時間内における瞬時位相差の移動平均値の±5%以内)を設定し、その値を超える変化があった場合には、外来信号の到来と判断することが可能となる。   The point in time when the instantaneous phase difference changes can be determined based on the following concept. The change in instantaneous phase difference occurs when the wave propagation velocity changes or when another wave having a different phase component is superimposed. When waves having the same phase component are superimposed, the phase does not change but the amplitude changes. When attention is paid only to the phase, such superposition of waves of the same phase component cannot be detected, but this problem can be dealt with by performing measurement at a plurality of points. In a signal in a narrow frequency band, there is no factor that causes a phase change other than the arrival of an external signal. When noise is mixed, the phase changes randomly, and the instantaneous phase difference cannot be obtained in the first place. Therefore, when the instantaneous phase difference can be detected as the analysis target signal, it is not necessary to consider the influence of noise, and only the presence of the external signal needs to be considered. Further, after the external signal is superimposed, the phase changes uniformly. In this case, this uniform change cannot be detected by a differential operation such as an instantaneous phase difference. Therefore, it is possible to assume the time when the instantaneous phase difference changes as the arrival of the external signal, that is, the arrival time of the reflected wave from the internal defect. At this time, the variation amount of the instantaneous phase difference is a function of the ratio between the intensity of the input elastic wave and the intensity of the reflected wave, and therefore, a certain threshold (for example, ± 5 of the average value of the instantaneous phase difference over the entire measurement time) Within ± 5% or within ± 5% of the moving average value of instantaneous phase difference within a certain time from the measurement time), and if there is a change exceeding that value, it can be determined that an external signal has arrived It becomes possible.

上述の通り、本探査方法では、入力波に伴う表面を伝搬する波と内部欠陥で反射した反射波との相互干渉を利用して内部欠陥の距離を推定しているため、板状の構造物はもとより、板状以外の構造物にも適用可能であるとともに、厚さが厚い構造物にも適用可能である。従って、T桁下フランジなどのように複雑な断面形状をした構造物にも適用できる。   As described above, in this exploration method, the internal defect distance is estimated using the mutual interference between the wave propagating on the surface accompanying the input wave and the reflected wave reflected by the internal defect. It can be applied not only to a plate-like structure but also to a thick structure. Therefore, the present invention can be applied to a structure having a complicated sectional shape such as a T-girder flange.

また、複数の内部欠陥が存在する場合でも、各内部欠陥で反射した反射波をそれぞれ捉えることにより、各内部欠陥の位置が正確に把握でき、内部欠陥を精度良く検出できるようになる。   In addition, even when there are a plurality of internal defects, by capturing the reflected waves reflected by each internal defect, the position of each internal defect can be accurately grasped, and the internal defect can be detected with high accuracy.

本探査方法では、入力する弾性波は、周波数が10kHz〜25kHzの間の特定の周波数成分を含むのが好ましい。高周波数領域の帯域幅の狭い弾性波を入力することにより、回折や散乱の影響がなく、位相の検出による内部欠陥の探査が確実にできるようにしている。入力する弾性波として、周波数が10kHz〜25kHzの高周波数のものを用いることによって、弾性波があたかも障害を乗り越えるような回折の影響は低減するが、コンクリート内部の骨材や微小空隙による散乱の影響は増すこととなる。また、広帯域のバンド幅を持つ周波数の弾性波を入力した場合には、回折及び散乱の周波数特性の違いから波動に分散性が生じ、位相情報を用いた内部欠陥の探査が実施困難となる。このような理由から、本探査方法では、上述の通り、高周波数領域における帯域幅の狭い弾性波を入力波として用いることにより回折や散乱の影響を低減している。ここで、入力する弾性波が「特定の周波数成分を含む」とは、ほぼ正弦波とみなし得る単一周波数成分からなる場合のほか、狭帯域のバンド幅(例えばピーク値のパワーレベルが半減する帯域幅がピーク値の周波数に対して±10%以下、好ましくは5%以下であるもの)を持つ周波数成分からなるものも含む概念である。   In this exploration method, the input elastic wave preferably includes a specific frequency component having a frequency between 10 kHz and 25 kHz. By inputting an elastic wave having a narrow bandwidth in the high frequency region, there is no influence of diffraction or scattering, and the internal defect can be reliably detected by detecting the phase. By using an input elastic wave having a high frequency of 10 kHz to 25 kHz, the influence of diffraction as if the elastic wave overcame the obstacle is reduced, but the influence of scattering by aggregates and minute voids inside the concrete is reduced. Will increase. In addition, when an elastic wave having a frequency with a wide bandwidth is input, dispersibility occurs in the wave due to the difference in the frequency characteristics of diffraction and scattering, making it difficult to search for internal defects using phase information. For this reason, in this exploration method, as described above, the influence of diffraction and scattering is reduced by using an elastic wave having a narrow bandwidth in the high frequency region as an input wave. Here, the input elastic wave “includes a specific frequency component” means not only a case of a single frequency component that can be regarded as a sine wave, but also a narrow bandwidth (for example, the power level of the peak value is halved). It is a concept including a frequency component having a bandwidth having a frequency of ± 10% or less, preferably 5% or less with respect to the peak frequency.

入力する弾性波の生成は、構造物を打撃するインパルス加振によるものでもよいし、一定の定常振幅部分を有するトーンバースト加振によるものでもよい。弾性波の生成においては、本発明者らが先に出願した衝撃弾性波法に用いる打撃装置(特願2016-13955)を用いるのが特に好ましい。この打撃装置1は、図8に示されるように、全長に亘り一定の断面積で製作された所定長さの鋼棒であって、検査対象物に衝突させる先端面2aは球冠状を成し、上端面2bは平面状を成しているプランジャー2と、前記プランジャー2の上端面2bに衝突させる所定径の鋼球3とからなる。   The generated elastic wave may be generated by impulse excitation that strikes the structure or may be generated by tone burst excitation having a constant steady amplitude portion. In the generation of the elastic wave, it is particularly preferable to use a striking device (Japanese Patent Application No. 2016-13955) used in the shock elastic wave method previously filed by the present inventors. As shown in FIG. 8, this striking device 1 is a steel rod having a predetermined length manufactured with a constant cross-sectional area over its entire length, and a tip surface 2a that collides with an inspection object has a spherical crown shape. The upper end surface 2b is composed of a plunger 2 having a planar shape and a steel ball 3 having a predetermined diameter that collides with the upper end surface 2b of the plunger 2.

前記打撃装置1では、鋼球によって検査対象物を直接的に打撃するのではなく、所定径の鋼球3によって上記構造条件のプランジャー2(1次元棒)を介して、検査対象物に対して弾性波を与えるようにしている。このような間接打撃とすることによって、打撃力は鋼球3がプランジャー上端面2bに衝突することによって発生し、検査対象物に接触しているプランジャー2の先端面2aを介して検査対象物に伝達される。これらは弾性係数の安定した材料(鋼)であることから、鋼球3とプランジャー2との接触時間は常に一定となり、安定して一定の周波数の波動を与えることが可能となる。   In the hitting device 1, the test object is not directly hit by the steel ball, but the test object is hit by the steel ball 3 having a predetermined diameter via the plunger 2 (one-dimensional bar) having the above-described structural condition. To give elastic waves. By using such indirect impact, the impact force is generated when the steel ball 3 collides with the plunger upper end surface 2b, and the object to be inspected via the distal end surface 2a of the plunger 2 that is in contact with the object to be inspected. Is transmitted to the object. Since these are materials (steel) having a stable elastic coefficient, the contact time between the steel ball 3 and the plunger 2 is always constant, and a wave having a constant frequency can be given stably.

また、規定の長さを持つプランジャー2では、鋼棒の長さと共振する特定の周波数が発生することがわかっているため(弾性波の多重反射理論)、打撃による周波数とプランジャー2の共振周波数とをある程度の範囲内で一致させることによって、プランジャー内に、プランジャー長に応じた共振周波数の弾性波が生成されることになり、これを検査対象物に対して伝達させることができる。   In addition, since it is known that a specific frequency that resonates with the length of the steel rod is generated in the plunger 2 having a specified length (multiple reflection theory of elastic wave), the frequency caused by the impact and the resonance of the plunger 2 By matching the frequency within a certain range, an elastic wave having a resonance frequency corresponding to the plunger length is generated in the plunger, and this can be transmitted to the inspection object. .

従って、順次、検査対象点を移動させながら、同一径、同一質量の鋼球3で同一材料のプランジャー2を打撃した場合、一定の周波数の弾性波を安定的に検査対象物に対して与えることが可能となる。   Therefore, when the plunger 2 of the same material is hit with the steel ball 3 having the same diameter and the same mass while sequentially moving the inspection object point, an elastic wave having a constant frequency is stably applied to the inspection object. It becomes possible.

弾性波の計測手段としては、図1に示されるように、弾性波の入力面と同一面であって、弾性波の入力位置から所定の距離だけ離れた位置に、構造物の応答弾性波を計測する弾性波センサ4と、波形収録装置5と、この波形収録装置5に接続された評価装置6とから構成されている。   As shown in FIG. 1, the elastic wave measuring means is configured such that a response elastic wave of a structure is placed on the same plane as the elastic wave input surface and at a predetermined distance from the elastic wave input position. An elastic wave sensor 4 to be measured, a waveform recording device 5, and an evaluation device 6 connected to the waveform recording device 5 are configured.

前記弾性波センサ4は、構造物の表面に接触させた状態で、前記打撃装置1によって構造物に与えた波動の応答弾性波を計測する。この弾性波センサ4としては、例えば、加速度センサ、振動センサなどを使用することができる。前記弾性波センサ4の受振方向は特に問わないが、弾性波の入力方向(測定面に対して上下方向(垂直方向))とするのが好ましい。   The elastic wave sensor 4 measures a response elastic wave of a wave applied to the structure by the impact device 1 in a state where the elastic wave sensor 4 is in contact with the surface of the structure. As this elastic wave sensor 4, an acceleration sensor, a vibration sensor, etc. can be used, for example. The vibration receiving direction of the elastic wave sensor 4 is not particularly limited, but is preferably the elastic wave input direction (vertical direction (vertical direction) with respect to the measurement surface).

前記弾性波センサ4によって計測された振動は、A/D変換器(図示せず)によりアナログ・デジタル変換された後、前記波形収録装置5に入力される。   The vibration measured by the elastic wave sensor 4 is analog / digital converted by an A / D converter (not shown) and then input to the waveform recording device 5.

前記波形収録装置5は、前記弾性波センサ4によって測定された波動の電気信号を記録するための装置である。この波形収録装置5は、電気信号を記憶するためのサーバー、ハードディスク等のストレージ、CD、DVD等の記録媒体、メモリ等で構成されている。波形収録装置5は、弾性波センサ4から信号を受信してこれらを時系列的に記憶することができる。   The waveform recording device 5 is a device for recording an electrical signal of a wave measured by the elastic wave sensor 4. The waveform recording device 5 includes a server for storing electrical signals, a storage such as a hard disk, a recording medium such as a CD and a DVD, a memory, and the like. The waveform recording device 5 can receive signals from the elastic wave sensor 4 and store them in time series.

前記評価装置6は、例えばPC(パーソナルコンピューター)やスマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末等の電子機器で構成されている。この評価装置6は、波形収録装置5内に記憶されている波形を解析する。この評価装置6は、記録された波形に対して、例えばヒルベルト変換を施すことにより、瞬時位相及びその単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出する。また、FFT(Fast Fourier Transform)を施すことにより、時間軸の波形データを周波数軸のスペクトラムデータに変換する。また、前記評価装置6は、瞬時位相差の変化の有無を介して、コンクリート等の構造物の内部欠陥の有無の判断を行うようにしてもよいし、弾性波の入力時から瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得て、内部欠陥の位置を算出できるようにしてもよい。   The said evaluation apparatus 6 is comprised by electronic devices, such as PC (personal computer), a smart phone, a tablet-type terminal, and a wearable terminal, for example. The evaluation device 6 analyzes the waveform stored in the waveform recording device 5. This evaluation device 6 calculates an instantaneous phase and an instantaneous phase difference that is a change amount per unit time by, for example, performing a Hilbert transform on the recorded waveform. Also, by applying FFT (Fast Fourier Transform), the waveform data on the time axis is converted into spectrum data on the frequency axis. Further, the evaluation device 6 may determine the presence or absence of an internal defect in a structure such as concrete through the presence or absence of a change in the instantaneous phase difference. The time until the change occurs may be obtained so that the position of the internal defect can be calculated.

この評価装置6は、例えば図示しないディスプレイ等からなる表示部を介して各データを表示することができる。また、評価装置6は、これら各データをストレージ内に記録し、ユーザによる命令に基づいてこれらデータを表示部に表示し、又は携帯型メモリにこれらデータを書き込むことができる。ユーザは、この携帯型メモリを評価装置6から取り出して自由に持ち運びすることが可能となる。更に、評価装置6は、これら各データを公衆通信網を介して他の電子機器へ転送することも可能となる。   The evaluation device 6 can display each data via a display unit including a display (not shown). Further, the evaluation device 6 can record each of these data in the storage, display these data on the display unit based on an instruction from the user, or write these data in the portable memory. The user can take out the portable memory from the evaluation device 6 and carry it freely. Furthermore, the evaluation device 6 can transfer these data to other electronic devices via the public communication network.

前記弾性波センサ4は、図1に示されるように、1箇所のみに設けてもよいし、図9に示されるように、弾性波の入力位置を通る直線に沿って間隔をあけた複数の位置に設置することにより、1回の弾性波の入力に対してこれら複数の位置で同時に計測を行うようにしてもよい。   As shown in FIG. 1, the elastic wave sensor 4 may be provided in only one place, or as shown in FIG. 9, a plurality of the elastic wave sensors 4 spaced along a straight line passing through the elastic wave input position. By installing at the position, the measurement may be performed simultaneously at the plurality of positions with respect to one input of the elastic wave.

複数の弾性波センサ4、4…により計測する場合、図10に示されるように、マルチチャンネル式弾性波センサ7を用いるのが好ましい。このマルチチャンネル式弾性波センサ7は、複数の弾性波センサ4、4…と、これら複数の弾性波センサ4、4…を所定の間隔をあけて直列的に保持する保持具8とから構成されている。このマルチチャンネル式弾性波センサ7を使用するに当たっては、前記保持具8を手で把持して弾性波センサ4、4…の先端を計測面に押し当てるか、弾性波センサ4、4…の先端を計測面に固定して使用する。前記弾性波センサ4の数としては、4〜10個程度が好ましい。隣り合う弾性波センサ4、4間の間隔は、一定でもよいし、異なっていてもよい。この間隔としては、10〜100mm、特に10〜50mm程度が好ましい。   In the case of measuring with a plurality of elastic wave sensors 4, 4..., It is preferable to use a multichannel elastic wave sensor 7 as shown in FIG. The multi-channel type acoustic wave sensor 7 includes a plurality of acoustic wave sensors 4, 4... And a holder 8 that holds the plurality of acoustic wave sensors 4, 4. ing. In using the multi-channel elastic wave sensor 7, the holder 8 is grasped by hand and the tips of the elastic wave sensors 4, 4 ... are pressed against the measurement surface, or the tips of the elastic wave sensors 4, 4 ... are used. Is fixed to the measurement surface. The number of elastic wave sensors 4 is preferably about 4 to 10. The interval between the adjacent elastic wave sensors 4 and 4 may be constant or different. As this space | interval, about 10-100 mm, especially about 10-50 mm are preferable.

複数の弾性波センサ4…により計測した場合の内部欠陥Dの位置を推定する方法は、図11に示されるように、弾性波センサ4…が設置された直線に沿って切断した構造物の断面図に、各弾性波センサ4aで得られた内部欠陥Dまでの往復距離と同等の往復距離となる楕円弧状の欠陥位置想定曲線9aを描き、複数の前記欠陥位置想定曲線9a、9b…が交差又は近接する位置から内部欠陥Dの位置を推定することができる。前記欠陥位置想定曲線9a、9b…は、弾性波の入力位置から構造物内部を通って計測位置に達するまでの距離が、上述の瞬時位相差に変化が生じるまでの時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥までの往復距離となるように引いた、前記弾性波の入力位置及び計測位置の2点を中心とする楕円弧状の曲線である。各弾性波センサ4a、4b…の計測結果から得られた内部欠陥までの往復距離は、内部欠陥が前記欠陥位置想定曲線9a、9b…の上に存在していることを表している。従って、複数の弾性波センサ4a、4b…を用いて振動計測することにより、内部欠陥の位置がより厳密に推定できるようになる。また、複数の欠陥位置想定曲線9a、9b…が交差する範囲から内部欠陥の大きさを推定することも可能である。   The method of estimating the position of the internal defect D when measured by a plurality of elastic wave sensors 4... Is a cross section of a structure cut along a straight line where the elastic wave sensors 4. In the figure, an elliptical arc-like defect position assumption curve 9a having a round trip distance equivalent to the round trip distance to the internal defect D obtained by each elastic wave sensor 4a is drawn, and a plurality of the defect position assumption curves 9a, 9b. Alternatively, the position of the internal defect D can be estimated from the adjacent position. The defect position assumption curves 9a, 9b,... Indicate that the distance from the elastic wave input position to the measurement position through the structure reaches the measurement position until the instantaneous phase difference changes. It is an elliptical arc-shaped curve centered on two points of the elastic wave input position and measurement position, which are drawn so as to have a round-trip distance to the internal defect obtained by multiplying the wave propagation speed. The round trip distance to the internal defect obtained from the measurement results of the acoustic wave sensors 4a, 4b,... Indicates that the internal defect exists on the defect position assumption curves 9a, 9b,. Therefore, the position of the internal defect can be estimated more precisely by measuring vibration using the plurality of elastic wave sensors 4a, 4b. It is also possible to estimate the size of the internal defect from the range where the plurality of defect position assumption curves 9a, 9b.

複数の欠陥位置想定曲線が交差する位置とは、弾性波の入力位置より弾性波センサが配設された側の領域において、複数の欠陥位置想定曲線同士が交差又は重なった位置のことである。また、複数の欠陥位置想定曲線が近接する位置とは、弾性波の入力位置より弾性波センサが配設された側の領域において、複数の欠陥位置想定曲線が重なっていないが、最も接近している位置のことである。適切な数の弾性波センサを用いて、適切な回数の測定を繰り返せば、測定データの信頼性が向上し、原理上は複数の欠陥位置想定曲線が交差する部分が出現するようになる。   The position where the plurality of defect position assumption curves intersect is a position where the plurality of defect position assumption curves intersect or overlap each other in the region where the elastic wave sensor is disposed from the elastic wave input position. In addition, a position where a plurality of defect position assumption curves are close to each other is a region closest to the elastic wave input position where the elastic wave sensor is disposed, but the plurality of defect position assumption curves do not overlap. It is a position. If an appropriate number of elastic wave sensors are used and an appropriate number of measurements are repeated, the reliability of the measurement data is improved, and a portion where a plurality of defect position assumption curves intersect in principle appears.

本探査方法が対象とする構造物の内部欠陥としては、空洞、クラック、ジャンカ、層間剥離などコンクリート構造物の内部に生じる欠陥を広く対象とすることが可能である。   As internal defects of structures targeted by this exploration method, it is possible to broadly target defects that occur inside concrete structures such as cavities, cracks, jumpers, and delaminations.

特に、前記構造物として、コンクリートが硬化した後で、予め埋設しておいたシースにPC鋼材を挿通するとともに、前記PC鋼材に張力を導入した後、前記シース内の前記PC鋼材との空隙部にグラウトを注入してなるポストテンション方式によるPC構造物を対象とした場合において、前記グラウトの充填状態を確認するのに本探査方法を用いるのが好適である。   In particular, as the structure, after the concrete has hardened, the PC steel material is inserted into a sheath embedded in advance, and after introducing tension into the PC steel material, a gap with the PC steel material in the sheath In the case of a post-tension type PC structure in which grout is injected into the target, it is preferable to use this exploration method to check the filling state of the grout.

橋梁や高架橋、建築物等のPC構造物におけるPC鋼材のシース管内にはグラウトが充填されるが、このようなPC鋼材のシース管内においてグラウトの充填不良が生じた場合には、これに起因するPC鋼材の腐食、破断事故が生じる可能性がある。そのため、PC鋼材のシース管内のグラウト充填度を衝撃弾性波法によって調査することは大変重要である。   Grouting is filled in the PC steel sheath tube in PC structures such as bridges, viaducts, buildings, etc., but if such a grout filling failure occurs in the PC steel sheath tube, it is caused by this. There is a possibility that PC steel may be corroded or broken. Therefore, it is very important to investigate the degree of grout filling in the sheath tube of PC steel by the shock elastic wave method.

PC構造物の内部欠陥の探査方法に本探査方法を用いることにより、精度良くグラウトの充填不足を確認することができ、未充填部分への再充填などの対策を適切に行うことができるようになる。   By using this exploration method as a method for exploring internal defects in PC structures, it is possible to accurately confirm the lack of grout filling and to take appropriate measures such as refilling unfilled parts. Become.

図12に示されるように、ポストテンション方式によるPC構造物であるT桁下フランジを用いて、本探査方法により欠陥位置を推定する実験を行った。   As shown in FIG. 12, an experiment was performed to estimate a defect position by the present exploration method using a T-girder flange, which is a PC structure by a post-tension method.

実験では、図12及び図13に示されるように、長手方向に複数のシースが埋設されたT桁下フランジを用い、シースにグラウトが充填されない未充填部(空洞)が2箇所存在するものとした。   In the experiment, as shown in FIGS. 12 and 13, a T-girder flange in which a plurality of sheaths are embedded in the longitudinal direction is used, and there are two unfilled portions (cavities) in which the sheath is not filled with grout. did.

入力する弾性波は、図8に示される打撃装置1を使用して発生させた衝撃弾性波とした。入力位置から所定の距離をあけた複数の位置に前記マルチチャンネル式弾性波センサ7を設置し、前記打撃装置1により衝撃弾性波を入力したときの応答(速度)を計測した。   The elastic wave to be input was a shock elastic wave generated using the impact device 1 shown in FIG. The multi-channel elastic wave sensor 7 was installed at a plurality of positions spaced apart from the input position, and the response (velocity) when the impact elastic wave was input by the impact device 1 was measured.

出力波形とその瞬時位相差を算出した結果を図14に示す。出力波形において、縦軸の単位は速度(m/s)であるが、その値は物理値ではなく、物理値とある一定の比例関係にある値である。また、瞬時位相差の変化が生じた時間から欠陥位置想定曲線を描いた図を図15に示す。図15から、入力面からの深さが約250mmの位置の内部欠陥はほぼ推定できているものの、深さが浅い位置(深さ約80mm)の内部欠陥については検知できなかった。なお、図15は、図14を、弾性波の入力面が上面となるように90°回転して示したものである。   FIG. 14 shows the result of calculating the output waveform and its instantaneous phase difference. In the output waveform, the unit of the vertical axis is speed (m / s), but the value is not a physical value but a value that is in a certain proportional relationship with the physical value. Further, FIG. 15 is a diagram in which a defect position assumption curve is drawn from the time when the instantaneous phase difference change occurs. From FIG. 15, although the internal defect at a position where the depth from the input surface is about 250 mm can be estimated, the internal defect at a position where the depth is shallow (depth of about 80 mm) could not be detected. FIG. 15 shows FIG. 14 rotated 90 degrees so that the elastic wave input surface is the upper surface.

上述の深さが浅い位置の内部欠陥が検知できない理由としては、本実験では入力波として10k〜25kHzの間の特定の周波数成分を含んだ安定した波動が得られなかったことが一因と思われる。浅い部分の内部欠陥の検知には高周波帯域の入力波が必要となるが、今回の実験では10kHz以下の帯域成分の構成となっていた。また、入力された弾性波の周波数成分を計測し、それ以外の周波数成分を除去するフィルタリング処理も有効であると考える。更に、入力波の初動部分の信号処理が安定していないことも原因の一つと思われる。このため、周波数領域を絞った安定した入力が必要であると考える。   The reason why the above-mentioned internal defect at a position where the depth is shallow cannot be detected is probably because a stable wave including a specific frequency component between 10 kHz and 25 kHz was not obtained as an input wave in this experiment. It is. An input wave in a high frequency band is required to detect an internal defect in a shallow portion, but in this experiment, the band component is 10 kHz or less. It is also considered effective to perform a filtering process that measures the frequency component of the input elastic wave and removes the other frequency components. Furthermore, it seems that one of the causes is that the signal processing of the initial motion part of the input wave is not stable. For this reason, it is considered that a stable input with a narrow frequency range is necessary.

また、本実施例では、図15において、内部欠陥の位置で複数の欠陥位置想定曲線が交差しなかったが、これは測定回数が少なく欠陥位置想定曲線の数が不足したことが原因と考える。従って、十分な測定回数を行えば、内部欠陥の位置で複数の欠陥位置想定曲線が交差すると思われる。   Further, in this example, in FIG. 15, the plurality of defect position assumption curves did not intersect at the position of the internal defect, but this is considered to be caused by the fact that the number of measurement is small and the number of defect position assumption curves is insufficient. Therefore, if a sufficient number of measurements are performed, it is considered that a plurality of defect position assumption curves intersect at the position of the internal defect.

1…打撃装置、2…プランジャー、3…鋼球、4…弾性波センサ、5…波形収録装置、6…評価装置、7…マルチチャンネル式弾性波センサ、8…保持具、9…欠陥位置想定曲線、D…内部欠陥   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Blow device, 2 ... Plunger, 3 ... Steel ball, 4 ... Elastic wave sensor, 5 ... Waveform recording device, 6 ... Evaluation apparatus, 7 ... Multichannel type elastic wave sensor, 8 ... Holder, 9 ... Defect position Assumed curve, D ... Internal defect

Claims (4)

構造物の表面に弾性波を入力したときの表面の振動を受振し、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出し、弾性波の入力時から前記瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得た後、前記時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥までの往復距離から内部欠陥の位置を推定することを特徴とする内部欠陥の探査方法。   The vibration of the surface when an elastic wave is input to the surface of the structure is received, the received wave is Hilbert transformed to calculate the instantaneous phase, and the instantaneous phase difference that is the amount of change of the instantaneous phase per unit time is calculated Then, after obtaining the time from when the elastic wave is input until the instantaneous phase difference is changed, the internal defect is determined from the round trip distance to the internal defect obtained by multiplying the time by the propagation speed of the elastic wave inside the structure. A method for searching for an internal defect, characterized by estimating a position of a defect. 弾性波の入力位置を通る直線に沿って間隔をあけて複数の位置で振動を受振し、構造物の断面図に、各受振波から得られた前記内部欠陥までの往復距離と同等の往復距離となる楕円弧状の欠陥位置想定曲線を描き、複数の前記欠陥位置想定曲線が交差又は近接する位置から内部欠陥の位置を推定する請求項1記載の内部欠陥の探査方法。   Vibration is received at a plurality of positions at intervals along a straight line passing through the input position of the elastic wave, and the cross-sectional distance of the structure is equal to the round-trip distance to the internal defect obtained from each received wave. 2. An internal defect search method according to claim 1, wherein a defect position assumption curve having an elliptic arc shape is drawn, and the position of the internal defect is estimated from a position where the plurality of defect position assumption curves intersect or approach each other. 入力する弾性波は、周波数が10kHz〜25kHzの間の特定の周波数成分を含んでいる請求項1、2いずれかに記載の内部欠陥の探査方法。   The method for searching for internal defects according to claim 1, wherein the input elastic wave includes a specific frequency component having a frequency between 10 kHz and 25 kHz. 前記構造物は、コンクリートが硬化した後で、予め埋設しておいたシースにPC鋼材を挿通するとともに、前記PC鋼材に張力を導入した後、前記シース内の前記PC鋼材との空隙部にグラウトを注入してなるポストテンション方式によるPC構造物であり、
前記グラウトの充填状態を確認するのに前記探査方法が用いられている請求項1〜3いずれかに記載の内部欠陥の探査方法。
After the concrete has hardened, the structure is inserted with a PC steel material in a sheath embedded in advance, and after introducing tension into the PC steel material, a grout is formed in a gap with the PC steel material in the sheath. Is a PC structure with a post-tension method,
The search method of the internal defect in any one of Claims 1-3 in which the said search method is used for confirming the filling state of the said grout.
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