JP2022191857A - 表面状態検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】部材の表面状態の検出精度を向上させる。
【解決手段】表面状態検出システム１００は、検出波を出力する発振器１１と、検出波を被覆材で被覆された部材に向けて送信する送信アンテナ１２と、部材で反射された反射波を受信する受信アンテナ１３と、検出波と反射波とを混合し混合波を生成する混合器１４と、混合波を解析処理する処理部３０と、発振器１１と送信アンテナ１２との間に設けられる第１ゲート部１５と、受信アンテナ１３と混合器１４との間に設けられる第２ゲート部１６と、第１ゲート部１５を開放する第１開放信号及び第２ゲート部１６を開放する第２開放信号を出力する開放信号発生器１７と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、部材の表面の状態を検出する表面状態検出システムに関する。

特許文献１には、部材の表面の状態を検出するためにミリ波帯の電波を用いたシステムが開示されている。

特開２００７－１２１２１４号公報

特許文献１に記載の発明のように、ミリ波帯の電波を用いて検出対象物の表面までの距離を計測し、その表面の状態を検出するような場合に、検出対象物の表面に被覆物等があると被覆物からの反射波の強度が大きくなる一方、被覆物によって検出対象物の表面に至る電波が減衰することで、検出対象物の表面からの反射波の強度は小さくなる。増幅器を用いて検出対象物の表面からの反射波を増幅することも考えられるが、比較的強度が大きい被覆物からの反射波も増幅されるため、検出対象物の表面からの反射波がノイズに埋もれてしまい、結果として、検出対象物の表面の状態を検出することが困難となる。

本発明は、部材の表面状態の検出精度を向上させることを目的とする。

本発明は、被覆材で被覆された部材の表面の状態を検出する表面状態検出システムであって、一定の割合で周波数が変化する検出波を出力する発振器と、前記検出波を前記部材に向けて送信する送信アンテナと、前記部材で反射された前記検出波の反射波を受信する受信アンテナと、前記発振器から出力された前記検出波と前記受信アンテナで受信された前記反射波とを混合し混合波を生成する混合器と、前記混合波を解析処理する処理部と、前記発振器と前記送信アンテナとの間に設けられ、前記送信アンテナからの前記検出波の送信を遮断可能な第１ゲート部と、前記受信アンテナと前記混合器との間に設けられ、前記混合器への前記反射波の伝播を遮断可能な第２ゲート部と、前記第１ゲート部を開放する第１開放信号及び前記第２ゲート部を開放する第２開放信号をそれぞれ所定の期間に渡って出力する開放信号発生器と、を備え、前記処理部は、前記第１開放信号が出力された期間に渡って前記送信アンテナから送信された前記検出波が前記部材において反射された前記反射波のうち、前記第２開放信号が出力された期間に渡って前記混合器へ伝播された前記反射波と、前記発振器から出力された前記検出波と、が混合された前記混合波から前記部材の表面の状態を示す表面状態信号を抽出する。

本発明によれば、部材の表面状態の検出精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る表面状態検出システムの概略構成図である。 本発明の実施形態に係る表面状態検出システムの送受信部の回路構成図である。 周波数変調連続波方式で検知信号を出力する一般的な距離計測システムにおいて送受信される信号について説明するためのグラフである。 本発明の実施形態に係る表面状態検出システムにおいて送受信される信号について説明するためのグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る表面状態検出システムについて説明する。

表面状態検出システム１００は、電磁波を利用して部材の表面の状態を検出するシステムであって、例えば、鉄骨造構造物を構成する鉄骨の表面に亀裂等が生じているか否かを検出するために用いられる。以下では、図１に示すように、表面状態検出システム１００によって、鉄骨造構造物を構成する鉄骨１（部材）の表面の状態を検出する場合について説明する。図１は、表面状態検出システム１００の概略的な構成を示す図であり、図２は、表面状態検出システム１００の後述の送受信部１０の回路構成を示す図である。なお、表面状態検出システム１００の検出対象は、鉄骨１に限定されず、電磁波を反射する部材であればどのような部材であってもよい。

図１に示される実施例において、検出対象となる鉄骨１は、一対のフランジ部４，５と、一対のフランジ部４，５に挟まれたウェブ部３と、を有するＨ形鋼材であり、一対のフランジ部４，５のうち、上方に位置するフランジ部４の上面は、上階の床部材２に接合されている。

床部材２に接合されるフランジ部４の上面を除く鉄骨１の表面には、耐火被覆６が施されている。耐火被覆６の材料としては、ケイ酸カルシウムやロックウール、セラミックウールといった建築基準法において不燃材料と定められるものが主に用いられる。

このように、鉄骨１（部材）は、耐火被覆６（被覆材）が被覆された耐火構造となっている。

表面状態検出システム１００は、周波数変調連続波方式（ＦＭＣＷ：Frequency Modulated Continuous Wave）で検知信号を出力し、検知信号と検出対象物で反射された反射信号との周波数の差であって、検出対象物までの距離に比例する中間周波数（ＩＦ：Intermediate Frequency）信号を抽出することで検出対象物までの距離を計測する技術を利用したシステムである。

表面状態検出システム１００は、電磁波としてミリ波帯の電波（以下、「ミリ波」という）を送信するとともに部材で反射されたミリ波を受信する送受信部１０と、送受信部１０からの出力値を解析処理する処理部３０と、処理部３０で解析処理された結果を表示する表示部４０と、を備える。図１に示される実施例では、表面状態検出システム１００は、検出対象となる鉄骨１のウェブ部３に向けてミリ波を照射し、ウェブ部３において反射されたミリ波を受信している。

送受信部１０は、図２に示すように、一定の割合で周波数が変化する検出用ミリ波（検出波）を出力する発振器１１と、発振器１１から出力された検出用ミリ波を鉄骨１（部材）に向けて送信する送信アンテナ１２と、鉄骨１で反射された検出用ミリ波である反射ミリ波（反射波）を受信する受信アンテナ１３と、発振器１１から出力された検出用ミリ波と受信アンテナ１３で受信された反射ミリ波とを混合して混合波を生成し、処理部３０へと混合波を出力する混合器１４と、を備える。

発振器１１は、周波数変調連続波方式で検出用ミリ波を出力可能なミリ波発振器であり、時間の経過に伴って周波数の大きさが変化する検出用ミリ波を所定の時間間隔で出力する。具体的には、発振器１１は、時間の経過に比例して周波数が徐々に大きくなる検出用ミリ波を出力する。なお、発振器１１から出力される検出用ミリ波は、時間の経過に比例して周波数が徐々に小さくなるものであってもよい。また、発振器１１から出力される検出用ミリ波は、時間の経過とともに周波数の大きさが予め設定された割合で徐々に変化していればよく、比例的に変化するものではなくてもよい。

送信アンテナ１２は、発振器１１から出力された検出用ミリ波を検出対象となる部材に向けて照射可能な平面アンテナであり、図１及び図２に示す例では、ウェブ部３に向けて検出用ミリ波を照射する。

受信アンテナ１３は、送信アンテナ１２から照射された検出用ミリ波のうち、検出対象となる部材において反射された反射ミリ波を受信可能な平面アンテナであり、図１及び図２に示す例では、耐火被覆６の表面６ａにおいて反射された第１反射ミリ波Ｒ１（第１反射波）が受信されるとともに、ウェブ部３の表面３ａにおいて反射された第２反射ミリ波Ｒ２（第２反射波）が受信される。

なお、送信アンテナ１２及び受信アンテナ１３は、平面アンテナに限定されず、ミリ波を送受信可能なアンテナであればどのような形式のものであってもよく、例えば、ホーンアンテナであってもよい。

混合器１４は、受信アンテナ１３において受信された反射ミリ波と、発振器１１から出力された検出用ミリ波と、を混合して、検出用ミリ波と反射ミリ波との周波数の差を示す中間周波数信号が含まれる混合波を生成可能なアンテナミキサである。このように混合器１４において生成された混合波は、送受信部１０の出力値として処理部３０へと送られる。

なお、受信アンテナ１３から混合器１４へと送られる反射ミリ波の電波強度は、発振器１１から送られる検出用ミリ波に比べて一般的に小さくなる。このため、受信アンテナ１３と混合器１４との間には、反射ミリ波の電波強度を検出用ミリ波と同程度に増幅可能な増幅器１９が設けられる。

また、送受信部１０には、上記各部に加えて、発振器１１と送信アンテナ１２との間に設けられ、送信アンテナ１２からの検出用ミリ波の送信を遮断可能な第１ゲート部１５と、受信アンテナ１３と増幅器１９との間に設けられ、混合器１４への反射ミリ波の伝播を遮断可能な第２ゲート部１６と、第１ゲート部１５を開放する第１開放信号及び第２ゲート部１６を開放する第２開放信号をそれぞれ所定の期間に渡って出力する開放信号発生器１７と、が設けられる。

第１ゲート部１５は、開放信号発生器１７から第１開放信号を受信している間のみ発振器１１から送信アンテナ１２への検出用ミリ波の伝播を許容するゲート駆動回路であり、第２ゲート部１６は、開放信号発生器１７から第２開放信号を受信している間のみ受信アンテナ１３から混合器１４への反射ミリ波の伝播を許容するゲート駆動回路である。

開放信号発生器１７は、発振器１１から検出用ミリ波が出力されたタイミングを基準として第１開放信号及び第２開放信号をそれぞれ所定のタイミングで出力するとともに所定のタイミングで停止することが可能な構成を有しており、開放信号発生器１７内には、第１開放信号及び第２開放信号の出力時期及び出力期間をそれぞれ調整する調整部１７ａが設けられている。

調整部１７ａは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶する。Ｉ／Ｏインターフェースは調整部１７ａに接続された検出器や処理部３０との情報の入出力に使用され、調整部１７ａには、送受信部１０内の各部を伝播する信号の情報や処理部３０で分析処理された信号の情報が適宜入力される。

処理部３０は、混合器１４で生成された混合波を周波数分析し、検出用ミリ波と反射ミリ波との周波数の差である中間周波数信号を表面状態信号として抽出し、抽出された中間周波数に基づいて送受信部１０と検出対象となる部材との間の距離を演算するために必要な公知の各種解析処理機能を備えている。処理部３０において解析処理された結果は、処理部３０内に設けられた図示しない記憶装置に記憶されるとともに表示部４０へと送られる。

表示部４０は、処理部３０で解析処理された結果を数値やグラフ、図形などによって表示可能なモニタであり、例えば、送受信部１０と検出対象となる部材との間の距離を計測方向に沿って連続的に表示させることによって、距離の変化から部材の表面の凹凸状態を把握することが可能である。図１及び図２に示す例では、鉄骨１の材軸方向（長手方向）に沿って、送受信部１０を移動させたときに計測された送受信部１０とウェブ部３との間の距離を連続的に表示することにより、ウェブ部３の表面３ａの凹凸、特にウェブ部３に亀裂があるか否かを把握することができる。

なお、上述の送受信部１０、処理部３０及び表示部４０は、別々に設けられる必要はなく、一体的に設けられることで１つの検出装置を構成していてもよい。

ここで、上記構成の表面状態検出システム１００において、常時、第１ゲート部１５及び第２ゲート部１６が開放されている状態、つまり、周波数変調連続波方式で検知信号を出力する一般的な距離計測システムであって、第１ゲート部１５や第２ゲート部１６が設けられていないシステムによって、耐火被覆６が被覆された鉄骨１に向けてミリ波を照射した際に送受信される信号について、図３のグラフを参照して説明する。

図３は、時間の経過に伴う各種信号の変化状況を模式的に示したグラフであり、（ａ）は、発振器１１から出力される検出用ミリ波の周波数の変化を示し、（ｂ）は、その電波強度を示し、（ｃ）は、耐火被覆６の表面６ａにおいて反射された第１反射ミリ波Ｒ１の電波強度を示し、（ｄ）は、ウェブ部３の表面３ａにおいて反射された第２反射ミリ波Ｒ２の電波強度を示し、（ｅ）は、受信アンテナ１３において受信された反射ミリ波、すなわち、第１反射ミリ波Ｒ１と第２反射ミリ波Ｒ２との混合波の電波強度を示し、（ｆ）は、その混合波が増幅器１９により増幅された後の電波強度を示している。

まず、図３の（ａ）で示されるように、発振器１１からは、所定の時間間隔で同じ波形の検出用ミリ波が出力され、これらの検出用ミリ波は、そのまま送信アンテナ１２からウェブ部３に向けて照射される。

ウェブ部３の表面３ａよりも耐火被覆６の表面６ａの方が送受信部１０の近くにあるため、送信アンテナ１２から検出用ミリ波が送信された後、第２反射ミリ波Ｒ２よりも先に第１反射ミリ波Ｒ１が受信アンテナ１３によって受信される。

つまり、図３の（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、出力開始時期ｔ１から受信アンテナ１３において第１反射ミリ波Ｒ１が受信される第１受信時期ｔ１１までの第１経過時間ＤＴ１は、出力開始時期ｔ１から受信アンテナ１３において第２反射ミリ波Ｒ２が受信される第２受信時期ｔ１２までの第２経過時間ＤＴ２よりも短くなる。なお、第１経過時間ＤＴ１及び第２経過時間ＤＴ２は、受信アンテナ１３で受信される信号内の周波数の変化から測定可能である。

そして、送受信部１０と耐火被覆６との間には空気以外は介在していないのに対して、送受信部１０とウェブ部３との間には耐火被覆６が介在していることから、耐火被覆６の表面６ａで反射されるミリ波に比べて、ウェブ部３に到達し反射して戻るミリ波は、耐火被覆６を往復する分だけ、その電波強度が耐火被覆６によって大幅に減衰される。このため、図３の（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、第２反射ミリ波Ｒ２の電波強度は、第１反射ミリ波Ｒ１の電波強度に比べて大幅に小さくなる。

したがって、図３の（ｅ）及び（ｆ）に示すように、受信アンテナ１３において受信された反射ミリ波を増幅器１９によって増幅したとしても、第２反射ミリ波Ｒ２は、さほど増幅されることなく、むしろ一緒に増幅されるノイズに埋もれてしまうおそれがある。

このように第２反射ミリ波Ｒ２の波形が判然としないと、混合器１４において生成される混合波から、第２反射ミリ波Ｒ２と検出用ミリ波との周波数の差を示す中間周波数（表面状態信号）を、処理部３０において抽出することができず、結果として、ウェブ部３の表面３ａまでの距離、すなわち、ウェブ部３の表面３ａの状態を精度よく把握することが困難となる。

そこで本実施形態では、上述のように開放信号発生器１７、第１ゲート部１５及び第２ゲート部１６を設けることにより、混合器１４において生成される混合波から、第２反射ミリ波Ｒ２と検出用ミリ波との周波数の差を示す中間周波数（表面状態信号）を抽出可能とすることで、ウェブ部３の表面３ａの状態を精度よく把握することを可能としている。

次に、図４を参照し、開放信号発生器１７、第１ゲート部１５及び第２ゲート部１６を備えた表面状態検出システム１００において、耐火被覆６が被覆された鉄骨１に向けてミリ波を照射した際に送受信される信号について説明する。

図４は、時間の経過に伴う各種信号の変化状況を模式的に示したグラフであり、（ａ）は、発振器１１から出力される検出用ミリ波の周波数の変化を示し、（ｂ）は、その電波強度を示し、（ｃ）は、開放信号発生器１７から第１ゲート部１５へ送信される第１開放信号を示し、（ｄ）は、送信アンテナ１２から送信される検出用ミリ波の電波強度を示し、（ｅ）は、受信アンテナ１３において受信された反射ミリ波、すなわち、第１反射ミリ波Ｒ１と第２反射ミリ波Ｒ２との混合波の電波強度を示し、（ｆ）は、開放信号発生器１７から第２ゲート部１６へ送信される第２開放信号を示し、（ｇ）は、第２ゲート部１６を通過し、増幅器１９に至る前の反射ミリ波の電波強度を示し、（ｈ）は、その反射ミリ波が増幅器１９により増幅された後の電波強度を示している。

まず、図４の（ａ）で示されるように、発振器１１からは、所定の時間間隔で同じ波形の検出用ミリ波が出力される。

そして、発振器１１から出力された検出用ミリ波は、そのまま送信アンテナ１２からウェブ部３に向けて照射されることなく、第１ゲート部１５によって、その一部の伝播が遮断される。

具体的には、図４の（ｃ）及び（ｄ）で示されるように、開放信号発生器１７から第１ゲート部１５へと第１開放信号が送信されている間（第１開放期間Ｄ１：第１期間）だけ、送信アンテナ１２からウェブ部３に向けて検出用ミリ波が照射される。つまり、発振器１１から出力された検出用ミリ波は、その一部分だけが送信アンテナ１２から送信される。

このようにウェブ部３に向けて検出用ミリ波が照射される期間が制限されると、当然ながら、耐火被覆６の表面６ａにおいて反射された第１反射ミリ波Ｒ１及びウェブ部３の表面３ａにおいて反射された第２反射ミリ波Ｒ２が受信アンテナ１３によって受信される期間も短くなり、図４の（ｅ）に示されるように、これらの期間の長さは、第１開放期間Ｄ１の長さと同じ長さになる。

なお、検出用ミリ波が照射される期間が制限されたとしても、出力開始時期ｔ１から受信アンテナ１３において第１反射ミリ波Ｒ１が受信される第１受信時期ｔ１１までの第１経過時間ＤＴ１及び出力開始時期ｔ１から受信アンテナ１３において第２反射ミリ波Ｒ２が受信される第２受信時期ｔ１２までの第２経過時間ＤＴ２の長さは、それぞれ変わることなく、図４の（ｅ）に示されるように、第１経過時間ＤＴ１は、第２経過時間ＤＴ２よりも短い。

ここで、受信アンテナ１３によって受信された第１反射ミリ波Ｒ１及び第２反射ミリ波Ｒ２の混合波をそのまま増幅器１９によって増幅すると、上述のように、電波強度が小さい第２反射ミリ波Ｒ２は、ノイズに埋もれてしまうおそれがある。そこで本実施形態では、受信アンテナ１３から増幅器１９へと第２反射ミリ波Ｒ２のみが伝播されるようにしている。

上述のように、受信アンテナ１３と増幅器１９との間に第２ゲート部１６が設けられることによって、受信アンテナ１３から増幅器１９への反射ミリ波の伝播は、開放信号発生器１７から第２ゲート部１６へと第２開放信号が送信されている間（第２開放期間Ｄ２：第２期間）だけ許容される。

つまり、第２ゲート部１６へ第２開放信号が送信される第２開放期間Ｄ２を、図４の（ｆ）で示されるように、受信アンテナ１３において第２反射ミリ波Ｒ２が受信される期間のみを含むように設定することによって、図４の（ｇ）で示されるように、第１反射ミリ波Ｒ１は増幅器１９へと伝播されることが遮られる一方、第２反射ミリ波Ｒ２を増幅器１９へと伝播させることができる。

このように増幅器１９へと伝播された第２反射ミリ波Ｒ２は、増幅器１９によって、その電波強度が検出用ミリ波と同程度に増幅される。なお、この際、ノイズも増幅されることになるが、増幅された信号に含まれる電波は、ほぼ第２反射ミリ波Ｒ２で占められていることからノイズを除去することは比較的容易である。

そして、増幅された第２反射ミリ波Ｒ２は、混合器１４において検出用ミリ波と混合され混合波となって処理部３０へ送られる。

処理部３０では、第２反射ミリ波Ｒ２と検出用ミリ波との周波数の差を示す中間周波数（表面状態信号）が、混合波から抽出され、さらに、抽出された中間周波数に基づいて送受信部１０と検出対象となるウェブ部３との間の距離が演算される。

このように演算された送受信部１０とウェブ部３との間の距離を、例えば、鉄骨１の材軸方向（長手方向）に沿って連続的に表示することにより、ウェブ部３の表面３ａの凹凸、特にウェブ部３に亀裂があるか否かを、耐火被覆６の有無に関わらず、精度よく把握することができる。

なお、図４の（ｅ）では、受信アンテナ１３によって第１反射ミリ波Ｒ１が第１開放期間Ｄ１の長さと同じ長さだけ検出された後、所定の時間後に、第２反射ミリ波Ｒ２が受信アンテナ１３により検出されている。換言すれば、第１反射ミリ波Ｒ１が検出される期間と第２反射ミリ波Ｒ２が検出される期間との間には、反射ミリ波が検出されない未検出期間Ｄ３が存在している。

第１反射ミリ波Ｒ１が検出される期間の長さは、第１開放期間Ｄ１の長さと同じであり、第１開放期間Ｄ１が長くなれば、それに応じて長くなる。このため、未検出期間Ｄ３は、第１開放期間Ｄ１を長くするにつれて短くなり、第１開放期間Ｄ１が第１経過時間ＤＴ１と第２経過時間ＤＴ２との差分よりも長くなると、第１反射ミリ波Ｒ１が検出される期間と第２反射ミリ波Ｒ２が検出される期間とは重なり合うこととなる。

このように第１反射ミリ波Ｒ１が検出される期間と第２反射ミリ波Ｒ２が検出される期間とが重なり合ってしまうと、上述のように、第２ゲート部１６の開放期間を制限したとしても第２反射ミリ波Ｒ２のみを増幅器１９へと伝播させることはできなくなる。

また、第２開放期間Ｄ２の開始時期ｔ２は、第２反射ミリ波Ｒ２のみの伝播を許容するために、未検出期間Ｄ３内に設定される。このため、第２開放期間Ｄ２の開始時期ｔ２を設定しやすくするためには、第１反射ミリ波Ｒ１が検出される期間と第２反射ミリ波Ｒ２が検出される期間とが完全に切り離され、未検出期間Ｄ３が明確に認識できる状態とすることが好ましい。

しかしながら、未検出期間Ｄ３を長くするために第１開放期間Ｄ１を短くすると、第１反射ミリ波Ｒ１が検出される期間だけではなく、第２反射ミリ波Ｒ２が検出される期間も短くなってしまう。第２反射ミリ波Ｒ２が検出される期間の長さが長いほど、処理部３０において中間周波数（表面状態信号）を精度よく安定して抽出することができることから、ウェブ部３に亀裂があるか否かの判定精度を向上させるためには、第２反射ミリ波Ｒ２が検出される期間をできるだけ長くすることが好ましい。

これらの関係性を考慮し、第１開放期間Ｄ１は、第１反射ミリ波Ｒ１が検出される期間と第２反射ミリ波Ｒ２が検出される期間との間に、第２開放期間Ｄ２の開始時期ｔ２を設定するために最低限必要な未検出期間Ｄ３が確保されるように設定される。

具体的には、第１ゲート部１５及び第２ゲート部１６が開放された状態で第１経過時間ＤＴ１と第２経過時間ＤＴ２とを予め計測し、その差分を第１開放期間Ｄ１の初期値として設定する。

そして、第１反射ミリ波Ｒ１が検出される期間と第２反射ミリ波Ｒ２が検出される期間とが完全に切り離され、未検出期間Ｄ３が十分に認識できるようになるまで、第１開放期間Ｄ１の長さを初期値から徐々に短くしていく。

未検出期間Ｄ３の有無は、受信アンテナ１３で受信される信号内の周波数の変化から検出可能であり、未検出期間Ｄ３の長さが、予め設定された所定の長さになった時点における第１開放期間Ｄ１の長さが第１開放期間Ｄ１の最適値とされる。

このようにして、第１開放期間Ｄ１は、最適な長さに設定される。なお、第１経過時間ＤＴ１と第２経過時間ＤＴ２との差分を検出することが困難である場合には、第１経過時間ＤＴ１を第１開放期間Ｄ１の初期値としてもよい。

また、耐火被覆６の設計上の厚さが既知である場合には、ミリ波が耐火被覆６を往復するのに要する時間、すなわち、第１経過時間ＤＴ１と第２経過時間ＤＴ２との差分を推定できることから、推定された時間を第１開放期間Ｄ１の初期値としてもよい。

また、処理部３０において、第２反射ミリ波Ｒ２と検出用ミリ波との周波数の差である中間周波数（表面状態信号）を抽出するために、最低限必要な第２反射ミリ波Ｒ２の検出期間は、処理部３０の処理能力等に応じて予め決まっている。このため、第１開放期間Ｄ１は、この最低限必要とされる第２反射ミリ波Ｒ２の検出期間に合わせて設定されてもよい。このように第１開放期間Ｄ１を予め可能な限り短い期間に設定しておくことによって、第１開放期間Ｄ１の調整を不要とすることができる。

上述のように第１開放期間Ｄ１が設定されると、受信アンテナ１３で受信された第１反射ミリ波Ｒ１と第２反射ミリ波Ｒ２とのうち第２反射ミリ波Ｒ２のみが第２ゲート部１６を通過するように、第２開放期間Ｄ２の開始時期ｔ２が設定される。

具体的には、出力開始時期ｔ１から第１経過時間ＤＴ１が経過した時点であって第１反射ミリ波Ｒ１が受信アンテナ１３において受信される第１受信時期ｔ１１を開始時期ｔ２の初期時期とし、第１反射ミリ波Ｒ１が第２ゲート部１６を通過しなくなるまで、すなわち、第２反射ミリ波Ｒ２のみが第２ゲート部１６を通過するようになるまで、開始時期ｔ２を初期時期から徐々に遅らせていく。

第１反射ミリ波Ｒ１及び第２反射ミリ波Ｒ２の両方が第２ゲート部１６を通過しているか、第２反射ミリ波Ｒ２のみが第２ゲート部１６を通過しているかは、第２ゲート部１６を通過した信号内の周波数の変化から検出可能であり、第２反射ミリ波Ｒ２のみが第２ゲート部１６を通過していることが検出された時点における開始時期ｔ２が第２開放期間Ｄ２の開始時期ｔ２の最適値とされる。

このようにして、第２開放期間Ｄ２は、最適な開始時期ｔ２において開始されることになる。

なお、第２経過時間ＤＴ２を検出可能な場合は、出力開始時期ｔ１から第２経過時間ＤＴ２が経過した時点であって第２反射ミリ波Ｒ２が受信アンテナ１３において受信される第２受信時期ｔ１２を開始時期ｔ２の初期時期とし、第１反射ミリ波Ｒ１が第２ゲート部１６を通過しない範囲で開始時期ｔ２を初期時期から徐々に早めていくことで最適な開始時期ｔ２を設定してもよい。また、未検出期間Ｄ３よりも明らかに短い時間を所定時間として予め設定しておき、第２反射ミリ波Ｒ２が受信アンテナ１３において受信される第２受信時期ｔ１２から、この所定時間だけ早めた時期を開始時期ｔ２として設定するようにしてもよい。

第２開放期間Ｄ２は、図４の（ｆ）に示すように、次の検出用ミリ波が発振器１１から出力される時点で終了する。なお、第２開放期間Ｄ２が終了するタイミングは、現在出力されている検出用ミリ波の出力が停止した時点やこの時点から次の検出用ミリ波が出力されるまでの任意の時期であってもよい。

上述のような第１開放期間Ｄ１及び第２開放期間Ｄ２の設定は、送受信部１０内の各部を伝播する信号の情報や処理部３０で分析処理された信号の情報に基づいて、開放信号発生器１７の調整部１７ａによって実行される。第１開放期間Ｄ１及び第２開放期間Ｄ２の設定を行うために必要なプログラム等は予め調整部１７ａのＲＯＭに記憶されている。なお、第１開放期間Ｄ１及び第２開放期間Ｄ２の設定は、表示部４０に表示された波形を見ながらオペレータによって行われてもよい。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

上記構成の表面状態検出システム１００では、第１ゲート部１５の第１開放期間Ｄ１と第２ゲート部１６の第２開放期間Ｄ２とを適宜変更することによって、混合器１４において生成される混合波に、耐火被覆６の表面６ａにおいて反射された第１反射ミリ波Ｒ１が含まれないようにすることが可能であるとともに、混合波を検出用ミリ波とウェブ部３の表面３ａにおいて反射された第２反射ミリ波Ｒ２とが混合されたものとすることが可能である。つまり、送受信部１０とウェブ部３との間に存在し障害となる耐火被覆６からの反射波である第１反射ミリ波Ｒ１の受信を拒否し、検出対象であるウェブ部３からの反射波である第２反射ミリ波Ｒ２のみの受信を許容することができる。

また、検出用ミリ波と第２反射ミリ波Ｒ２とが混合された混合波から第２反射ミリ波Ｒ２と検出用ミリ波との周波数の差を示す中間周波数（表面状態信号）を、処理部３０において抽出することによって、抽出された中間周波数に基づいて送受信部１０とウェブ部３との間の距離を、耐火被覆６の有無に関わらず、精度よく計測することができる。

また、演算された送受信部１０とウェブ部３との間の距離を、例えば、鉄骨１の材軸方向（長手方向）に沿って連続的に表示することにより、ウェブ部３の表面３ａの凹凸、特にウェブ部３に亀裂があるか否かを、耐火被覆６の有無に関わらず、精度よく把握することができる。このように本実施形態によれば、耐火被覆６（被覆材）で被覆されたウェブ部３（部材）の表面状態の検出精度を向上させることができる。

なお、次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

上記実施形態では、受信アンテナ１３と混合器１４との間に増幅器１９が設けられている。受信アンテナ１３において受信される反射ミリ波の電波強度が、処理部３０において中間周波数を抽出するのに十分な強度となっていれば、増幅器１９は設けられていなくともよい。

また、上記実施形態では、発振器１１と送信アンテナ１２との間に増幅器が設けられていないが、受信アンテナ１３において受信される反射ミリ波の電波強度が小さい場合には、発振器１１と送信アンテナ１２との間に増幅器を設け、検出用ミリ波の電波強度を増幅してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００・・・表面状態検出システム
１・・・鉄骨（部材）
３・・・ウェブ部（部材）
６・・・耐火被覆（被覆材）
１０・・・送受信部
１１・・・発振器
１２・・・送信アンテナ
１３・・・受信アンテナ
１４・・・混合器
１５・・・第１ゲート部
１６・・・第２ゲート部
１７・・・開放信号発生器
１７ａ・・・調整部
１９・・・増幅器
３０・・・処理部
４０・・・表示部

Claims (3)

1. 被覆材で被覆された部材の表面の状態を検出する表面状態検出システムであって、
   一定の割合で周波数が変化する検出波を出力する発振器と、
   前記検出波を前記部材に向けて送信する送信アンテナと、
   前記部材で反射された前記検出波の反射波を受信する受信アンテナと、
   前記発振器から出力された前記検出波と前記受信アンテナで受信された前記反射波とを混合し混合波を生成する混合器と、
   前記混合波を解析処理する処理部と、
   前記発振器と前記送信アンテナとの間に設けられ、前記送信アンテナからの前記検出波の送信を遮断可能な第１ゲート部と、
   前記受信アンテナと前記混合器との間に設けられ、前記混合器への前記反射波の伝播を遮断可能な第２ゲート部と、
   前記第１ゲート部を開放する第１開放信号及び前記第２ゲート部を開放する第２開放信号をそれぞれ所定の期間に渡って出力する開放信号発生器と、を備え、
   前記処理部は、前記第１開放信号が出力された期間に渡って前記送信アンテナから送信された前記検出波が前記部材において反射された前記反射波のうち、前記第２開放信号が出力された期間に渡って前記混合器へ伝播された前記反射波と、前記発振器から出力された前記検出波と、が混合された前記混合波から前記部材の表面の状態を示す表面状態信号を抽出する、
   表面状態検出システム。
2. 前記第１開放信号は、前記送信アンテナからの前記検出波の送信が制限されることにより、前記受信アンテナにおいて、前記被覆材の表面で反射された第１反射波が受信された後、所定の時間後に、前記部材の表面で反射された第２反射波が受信されるように、所定の第１期間に渡って前記開放信号発生器から出力される、
   請求項１に記載の表面状態検出システム。
3. 前記第２開放信号は、前記第２反射波のみが前記混合器へと伝播され、前記第１反射波が前記混合器へ伝播されないように、所定の第２期間に渡って前記開放信号発生器から出力され、
   前記処理部は、前記混合器において生成された前記第２反射波と前記検出波との前記混合波から前記表面状態信号を抽出する、
   請求項２に記載の表面状態検出システム。

Images