JP2682552B2 - コンクリート壁体欠陥検出方法 - Google Patents

コンクリート壁体欠陥検出方法

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JP2682552B2
JP2682552B2 JP3275446A JP27544691A JP2682552B2 JP 2682552 B2 JP2682552 B2 JP 2682552B2 JP 3275446 A JP3275446 A JP 3275446A JP 27544691 A JP27544691 A JP 27544691A JP 2682552 B2 JP2682552 B2 JP 2682552B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コンクリート壁体中の
欠陥を検出するためにコンクリート壁体の表面を打撃
し、そしてコンクリート壁体の表面に設けたセンサで時
間波形を観測するコンクリート壁体欠陥検出方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、地盤調査においては、複数個のセ
ンサを用いてデータを取り、そのデータを解析する手法
が取られている。この手法をコンクリートブロックに適
用し、コンクリートブロック内の亀裂等欠陥を検出する
方法が知られている。この際、コンクリートブロック内
を伝わる波の速度を予測することが必要になるが、以
下、これについて説明する。
【0003】図1にはセンサSの配置と打撃点Bの位置
とが示されている。14個のセンサS0〜S13は、右
端のセンサS0が、長さLが例えば3.6mで厚さTが
例えば1.5mのコンクリートブロックCBの表面の右
端面から距離D(例えば20cm)の位置にあり、それ
ぞれピッチP(例えば20cm)で左方に向けて列状に
配置されている。そして、打撃点Bは、センサS0〜S
13の列の中心点に設けられている。
【0004】図2及び図3には、コンクリートブロック
CBに傷がない場合に、各センサS0〜S13で観測さ
れた時間波形が示されている。なお、縦の鎖線は、表面
波速度を1800m/sとしたときに、各センサS0〜
S13に表面波が到達するに要する時間を示したもので
ある。各センサS0〜S13で観測される最初の山は、
表面波だと考えられるが、略これに一致しているので、
表面波は、約1800m/sであると一応推定すること
ができる。
【0005】弾性波速度は、打撃点BからブロックCB
の底面で反射してセンサに到達する経過を考えて推定す
る。この底面から反射される波を本明細書では2次反射
波と称する。図における縦の2本の実線は、その経路に
おいて、速度3000m/s及び3500m/sとした
ときに、弾性波がセンサに到達するまでの時間を示して
いる。前記底面で反射してセンサに到達した2次反射波
だと考えられる2番目の山のピークは、略これら2本の
実線の間に含まれており、コンクリート内部を伝わる弾
性波の速度は、3000m/s前後だと推定される。た
だし、打撃点Bから遠いセンサにおいてはこの限りでな
いが、これは表面波の谷と後述する1次反射波の山が丁
度一致しているためと推定される。
【0006】コンクリートブロックCBの内部の亀裂等
欠陥の有無及びその位置に関する重要な情報は、各セン
サS0〜S13で観測される1次反射波の中に含まれて
いる。これは、コンクリートブロックCB内にもし亀裂
が存在する場合は、存在しない場合に比べて反射波が早
く返ってくるので、その情報を巧く抽出してやることに
より、亀裂の有無や位置を推定できると考えられるから
である。そこで、亀裂等から反射される1次反射波だけ
を各センサS0〜S13で観測される時間波形の中から
分離抽出することが必要となる。
【0007】この1次反射波の分離抽出は図2及び図3
に示すように、表面波と2次反射波とが時間的に分離し
易い条件の場合は問題ない。しかし、コンクリートブロ
ックCBの形状や大きさ、亀裂の有無、音速など色々の
条件により実際の波形はより複雑になる場合が多い。
【0008】また、表面波の振幅減衰は、弾性波の振幅
減衰に比べて小さく、亀裂検出における表面波の与える
悪影響は非常に大きくなり、表面波の影響を取り除くこ
とは不可欠である。従来は多数のセンサを用い、各セン
サの出力を同期加算することにより、悪影響を取り除く
ことを試みていたが、それだけでは不十分で十分な欠陥
検出ができなかった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、表面波や2次反射波の影響がなく、正確に欠陥の位
置を検出できるコンクリート壁体欠陥検出方法を提供す
ることを目的としている。
【0010】
【知見】本発明者は種々研究の結果、複数のセンサで受
信される信号により表面波および2次反射波を分離して
除去する逆行列(以下フィルタという)を用いることに
より欠陥からの一次反射波だけを分離抽出できることを
見出した。本発明はこの知見に基づいてなされたもので
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、コンク
リート壁体中の欠陥を検出するためにコンクリート壁体
の表面を打撃し、そしてコンクリート壁体の表面に設け
たセンサで時間波形を観測するコンクリート壁体欠陥検
出方法において、コンクリート壁体の表面に打撃点から
既知の距離に複数個のセンサを配置し、そのコンクリー
ト壁体の伝達関数行列をあらかじめ求めておき、前記伝
達関数行列からその逆行列を求めて表面波および2次反
射波をカットし、打撃による前記センサの時間波形を観
測し、その観測した時間波形のピークから欠陥の位置を
求めるようになっている。
【0012】
【作用】一般にコンクリート壁体については設計図等か
ら寸法などの諸元が判っている。そこでそのコンクリー
ト壁体について多数のセンサで打撃による時間波形を観
測し、あらかじめ求めたそのコンクリート壁体の伝達関
数行列から逆行列すなわちフィルタを求めれば、欠陥に
よる一次反射波のピークが明瞭に解るので、欠陥の位置
を知ることができる。
【0013】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。先ず、本発明に実施される表面波および2次反射波
を除去するフィルタ(以下死角をもつフィルタという)
について説明する。音源N個、センサM個存在する音場
を考える。この時、各センサ1〜Mで観測されるスペク
トルをS1(ω)〜SM (ω)、音源1〜Nから放射さ
れるスペクトルをA1 (ω)〜AN (ω)とすると次式
が成り立つ。
【0014】
【0015】ここでhjiは音源iからセンサjまでの伝
達関数である。(本明細書ではhjiをj行i列に持つ行
列を伝達関数行列と呼ぶ。)(1)式をAを変数とする
連立方程式と見なすとその最小二乗解は、伝達関数行列
をQR分解してR-1T を両辺に掛けることによって得
られる。
【0016】
【0017】 (2)式が意味しているところは次のようなことであ
る。すなわち「伝達関数行列の逆行列のi行j列は、音
源iの放射スペクトルを予測するためにセンサjの出力
に重畳すべき係数である。」
【0018】つまり、この計算を各周波数ごとに行い逆
行列のi行j列の要素を周波数の順序に並べた系列を逆
FFTすることにより、音源iの波形を予測するために
センサjに畳みこむべきフィルタ係数(逆行列の要素)
が決定できる。次に、このようにして決定したフィルタ
の物理的意味を考えてみる。まず前式において行列Gは
伝達関数行列Hの左逆行列になっているため、行列Gの
j行目の要素、つまり音源jを予測するための係数につ
いて、次式が成り立つ。
【0019】
【0020】つまりこのフィルタは「音源jに対してフ
ラットな特性を持ち、それ以外の音源に対して死角を持
つ。」ことを意味する。
【0021】つまりこのようにして、ある目的の音源か
ら発生した波形のみを抽出できる。図4ないし図6に分
離された波形を示す。図4は従来技術による波形を示
し、図5は表面波に対して死角を持つフィルタによって
抽出された波形を示し、図6は表面波と底面からの1次
反射波の両者に対して死角を持つフィルタによって抽出
された波形を示している。これらの図から解る通り、図
5、図6ではそれぞれ各波がカットされていることが判
る。
【0022】次に、音源位置の推定と、この技術を利用
した亀裂の検出について説明する。自由空間にセンサが
M個存在する系を考える。ここである音源から発生した
波形をa(t)とすると、センサiで観測される波形は
i (t)=a(t−τai)となる。ここでτaiは音源
とセンサi間の伝播時間である。ここで、空間上のある
点pに音源が存在すると仮定し、各センサ出力を、その
仮想音源との距離の分の伝達時間の遅れだけ位相補正を
施し、たし合せると次式のようになる。
【0023】
【0024】ここで、仮想音源pが実際の音源Aと一致
する時には、τai=τpiとなり、各センサ出力が同期を
とって加算することになるので、そうでない時に比べ
て、(6)式で与えられる波形のパワーは大きな値にな
る。よって仮想点を今問題としている全空間を走査し、
(6)式で与えられるパワーの空間的な分布をとること
により音源位置の推定が可能になる。
【0025】以上は反射波の無い自由空間についてであ
るが、次に、壁による反射波が存在する場合について説
明する。この場合は図7に示すとおり実音源Aに対し鏡
像の位置に虚像音源aが存在することと等価である。し
たがって、コンクリートブロックCBに関して音源位置
の推定作業を行うと、ブロックCB内に亀裂Cが存在す
る場合には、その亀裂Cによる2次反射波のために虚像
音源aが出てくるはずであり、このことによって亀裂C
の検出が可能になる。
【0026】ここで先に述べた死角を持つフィルタは、
「目的音源に対して位相補正を行って同期加算をし、表
面波および底面からの1次反射波をカットするフィルタ
である。」から、目的音源を仮想音源として空間内を走
査することによって音源位置の推定作業に応用でき、表
面波や反射波が存在する場合でもより高精度な音源位置
の推定が可能になる。
【0027】次に、音源位置を推定する作業を図8及び
図9について説明する。なお、図の下半分の四角型がコ
ンクリートブロックCBを、四角型下部が丸がセンサS
を、矢印がハンマの打撃点Bを表している。等高線は予
測された仮想音源波形のパワーを示している。等高線の
間隔は1dBであり、パワーの大きな所に音源があると
予測される。
【0028】図8はコンクリートブロックCBに亀裂C
の無い場合である。音源は打撃点から3mの所のみに現
れている。これはコンクリートブロックCBの底面から
の反射による虚像音源aであり、コンクリートブロック
CBには亀裂Cが無いことを現している。
【0029】図9はコンクリートブロックCBに亀裂C
が有る場合である。音源は打撃点から2mの位置と3.
5mの位置にあるものと予測できる。しかしながら、2
mの所にある音源a1はコンクリートブロックCB内の
亀裂Cのための2次反射波によるものであるが、3.5
mの所にある音源a2はコンクリートブロックCBの底
面からの1次反射波によるものだと考えられる。なお、
コンクリートブロックCBの底面による音源a2は実際
の位置よりも遠くにあるように現れるが、これは亀裂C
による2次反射波の影響だと考えられる。なお、上記は
亀裂Cが水平な場合についてであるが、ある程度の角度
までは、この方法で対応できるものと予想できる。
【0030】以上を要約すると図10に示すように、複
数のセンサS1〜SNをコンクリートブロックCBの表
面に設置し(ステップS1)、打撃点Bに打撃を加えて
入力波を発生させる(ステップS2)。そこで、センサ
S1〜SNで反射波を収録し(ステップS3)、フィル
タ(逆行列)を用いた解析を行う(ステップS4)。こ
の解析により、亀裂Cの位置及び素性(クラックCの
巾、内部状況など)の推定を行う(ステップS5)。な
お、上記の結果を補修技術に利用することができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ほ
ぼ完全に表面波等の影響を抑えてコンクリート壁体の亀
裂等欠陥を検出し、人間が直接目視できない部分の健全
性評価を行い、コンクリート構造物のメインテナンスに
有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に用いるセンサの配置と打撃点の
位置との一例を示す側面図。
【図2】センサS0〜S6で観測された時間波形図。
【図3】センサS7〜S13で観測された時間波形図。
【図4】従来方法による推定波形図。
【図5】表面波に対し死角をもつフィルタによる推定波
形図。
【図6】表面波及び底面からの1次反射波に死角をもつ
フィルタによる推定波形図。
【図7】境界による虚像音源を説明する図面。
【図8】亀裂がない場合の音源位置推定結果図。
【図9】亀裂がある場合の音源位置推定結果図。
【図10】検出手順を説明するフローチャート図。
【符号の説明】
A・・・実音源 a、a1、a2・・・虚像音源 B・・・打撃点 C・・・亀裂 CB・・・コンクリートブロック P・・・センサ間のピッチ S、S0〜S13・・・センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根 敏夫 宮城県仙台市青葉区片平2−1−1 東 北大学大型計算機センター内 (72)発明者 安倍 正人 宮城県仙台市青葉区片平2−1−1 東 北大学大型計算機センター内 (72)発明者 藤井 清人 宮城県仙台市青葉区片平2−1−1 東 北大学大型計算機センター内 (56)参考文献 特開 昭64−65407(JP,A) 特開 平3−12552(JP,A) 特開 昭63−121748(JP,A) 特開 昭63−247653(JP,A) 特公 平7−31165(JP,B2)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンクリート壁体中の欠陥を検出するた
    めにコンクリート壁体の表面を打撃し、そしてコンクリ
    ート壁体の表面に設けたセンサで時間波形を観測するコ
    ンクリート壁体欠陥検出方法において、コンクリート壁
    体の表面に打撃点から既知の距離に複数個のセンサを配
    置し、そのコンクリート壁体の伝達関数行列をあらかじ
    め求めておき、前記伝達関数行列からその逆行列を求め
    て表面波および2次反射波をカットし、打撃による前記
    センサの時間波形を観測し、その観測した時間波形のピ
    ークから欠陥の位置を求めることを特徴とするコンクリ
    ート壁体欠陥検出方法。
JP3275446A 1991-10-23 1991-10-23 コンクリート壁体欠陥検出方法 Expired - Lifetime JP2682552B2 (ja)

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JP2581929B2 (ja) * 1987-09-07 1997-02-19 株式会社 東横エルメス コンクリ−トの厚さ及び内在ひび割れ深度の測定装置
JP2740871B2 (ja) * 1989-06-09 1998-04-15 清水建設株式会社 超音波試験における横波音速測定方法および装置

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