JP3288045B2 - 構造物における強化材の連続監視 - Google Patents
構造物における強化材の連続監視Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、構造物が無傷であることを監視する装置に
関するものであり、特に、コンクリート内部のポストテ
ンショニングケーブル等の構造物強化材の破損を監視す
る装置に関する。
関するものであり、特に、コンクリート内部のポストテ
ンショニングケーブル等の構造物強化材の破損を監視す
る装置に関する。
発明の背景 近代建築物のコンクリートの床や橋などのコンクリー
ト製構造物を強化する１つの方法においては、強く引っ
張られたケーブルを利用している。このケーブルは、コ
ンクリート内に埋設したコンジットを通って張られてい
る。ポストテンショニングケーブルは時々、腐食して断
線することがあり、それによってその構造物は無傷では
なくなる。しばしば、これらの破損ケーブルは検知され
ないままになる。これらの近づきにくい構造物強化材を
監視して、それが無傷であるかどうかを評価すること
は、長い間、問題であった。従来は、各々のケーブルが
ある位置のコンクリートに検査用窓を開けて、ケーブル
は目視により検査された。ケーブルの目視検査または電
気的検査が行なわれて、ケーブルが、まだ負荷に耐えら
れるか否かを判定している。
ト製構造物を強化する１つの方法においては、強く引っ
張られたケーブルを利用している。このケーブルは、コ
ンクリート内に埋設したコンジットを通って張られてい
る。ポストテンショニングケーブルは時々、腐食して断
線することがあり、それによってその構造物は無傷では
なくなる。しばしば、これらの破損ケーブルは検知され
ないままになる。これらの近づきにくい構造物強化材を
監視して、それが無傷であるかどうかを評価すること
は、長い間、問題であった。従来は、各々のケーブルが
ある位置のコンクリートに検査用窓を開けて、ケーブル
は目視により検査された。ケーブルの目視検査または電
気的検査が行なわれて、ケーブルが、まだ負荷に耐えら
れるか否かを判定している。
１つの監視装置が、構造物の補強要素のために提案さ
れているが、その装置は非破壊方式であり、音響表示器
または地震表示器を用いて、連続して運転することがで
きる。構造物内の引っ張られている強化材が破損したと
き、エネルギーが、特に、音響エネルギーと地震エネル
ギーの形で、その周囲に放出される。これらの形のエネ
ルギーに応答する適切な検知器をその構造物上にまたは
構造物の近くに配置して、そのエネルギーの放出を検知
することができる。
れているが、その装置は非破壊方式であり、音響表示器
または地震表示器を用いて、連続して運転することがで
きる。構造物内の引っ張られている強化材が破損したと
き、エネルギーが、特に、音響エネルギーと地震エネル
ギーの形で、その周囲に放出される。これらの形のエネ
ルギーに応答する適切な検知器をその構造物上にまたは
構造物の近くに配置して、そのエネルギーの放出を検知
することができる。
エネルギー放出を用いて構造物の異常を監視すること
は従来技術において用いられてきたが、このようなシス
テムや装置においては、ケーブルもしくは構造物上の予
め定められた位置に検知器を配置することが必要であ
り、システムや装置は、複雑なことが多い。さらに、こ
れらのシステムや装置においては、エネルギー率を決定
するための、データの複雑な操作や、重要なエネルギー
の放出を決定することが必要であり、システムや装置
は、複雑なことが多い。
は従来技術において用いられてきたが、このようなシス
テムや装置においては、ケーブルもしくは構造物上の予
め定められた位置に検知器を配置することが必要であ
り、システムや装置は、複雑なことが多い。さらに、こ
れらのシステムや装置においては、エネルギー率を決定
するための、データの複雑な操作や、重要なエネルギー
の放出を決定することが必要であり、システムや装置
は、複雑なことが多い。
発明の概要 本発明の概略を述べると、構造物内の引っ張られてい
る強化材の損傷を監視する方法であって、この方法にお
いては、複数の検知器を既知の配置で構造物の周囲に、
かつ構造物のすぐ近くに配置し、その検知器は音響エネ
ルギー、または地震エネルギー、またはそれらを組み合
わせたものの到着に応答して信号を生成し、検知器から
の信号を収集し、構造物内の引っ張られている強化材の
損傷と関係がある信号を識別する。
る強化材の損傷を監視する方法であって、この方法にお
いては、複数の検知器を既知の配置で構造物の周囲に、
かつ構造物のすぐ近くに配置し、その検知器は音響エネ
ルギー、または地震エネルギー、またはそれらを組み合
わせたものの到着に応答して信号を生成し、検知器から
の信号を収集し、構造物内の引っ張られている強化材の
損傷と関係がある信号を識別する。
本発明の概略をさらに述べると、構造物内の引っ張ら
れている強化材の損傷を監視する装置であって、この装
置は、以下のものを有する。すなわち、既知の配置で構
造物の周囲に、かつ構造物のすぐ近くに配置された複数
の検知器を有し、その検知器の各々は、音響エネルギ
ー、または地震エネルギー、またはそれらを組み合わせ
たものの到着に応答して信号を生成する。さらに、これ
らの検知器からの信号を収集する手段と、構造物内の引
っ張られている強化材の損傷と関係がある信号を識別す
る手段とを有する。
れている強化材の損傷を監視する装置であって、この装
置は、以下のものを有する。すなわち、既知の配置で構
造物の周囲に、かつ構造物のすぐ近くに配置された複数
の検知器を有し、その検知器の各々は、音響エネルギ
ー、または地震エネルギー、またはそれらを組み合わせ
たものの到着に応答して信号を生成する。さらに、これ
らの検知器からの信号を収集する手段と、構造物内の引
っ張られている強化材の損傷と関係がある信号を識別す
る手段とを有する。
本発明の他の例を述べると、構造物内の引っ張られて
いる強化材の損傷の発生位置を検知する装置であって、
この装置は、以下のものを有する。すなわち、既知の配
置で構造物の周囲に、かつ構造物のすぐ近くに配置され
た複数の検知器を有し、その検知器は、音響エネルギ
ー、または地震エネルギー、またはそれらを組み合わせ
たものに応答して信号を生成する。さらに、それらの検
知器の各々と接続される中央監視手段を有する。この中
央監視手段は、各々の検知器からの信号を収集する手段
と、構造物内の引っ張られている強化材の損傷と関係が
ある信号を識別する手段とを有する。強化材の損傷の発
生信号を検知する装置は、さらに上記エネルギーが各々
の検知器に到着した時間を決定するタイミング手段と、
望ましくは損傷を信号で伝える報告手段とを有する。
いる強化材の損傷の発生位置を検知する装置であって、
この装置は、以下のものを有する。すなわち、既知の配
置で構造物の周囲に、かつ構造物のすぐ近くに配置され
た複数の検知器を有し、その検知器は、音響エネルギ
ー、または地震エネルギー、またはそれらを組み合わせ
たものに応答して信号を生成する。さらに、それらの検
知器の各々と接続される中央監視手段を有する。この中
央監視手段は、各々の検知器からの信号を収集する手段
と、構造物内の引っ張られている強化材の損傷と関係が
ある信号を識別する手段とを有する。強化材の損傷の発
生信号を検知する装置は、さらに上記エネルギーが各々
の検知器に到着した時間を決定するタイミング手段と、
望ましくは損傷を信号で伝える報告手段とを有する。
図面の簡単な説明 本発明のよりよい理解のために、以下の概略図を例と
して参照する。
して参照する。
第１図は、引っ張られている強化部材が破損したとき
の構造物の音響的動きを示すグラフであり、 第２図は、本発明の装置の平面図であり、 第3A図および第3B図は、損傷の発生場所を決定する方
法を図解した説明図である。
の構造物の音響的動きを示すグラフであり、 第２図は、本発明の装置の平面図であり、 第3A図および第3B図は、損傷の発生場所を決定する方
法を図解した説明図である。
本発明の詳細な説明 コンクリート構造物内のポストテンショニングケーブ
ルを監視する場合を実施例として用いて、本発明を説明
するが、他の引っ張られている構造物用強化材または緊
締部材を監視することにも、本発明を同様に適用でき
る。このような場合として、例えば、その強化材または
緊締部材が破壊を免れられないものであり、かつ、その
構造材料の音速が決定できるものである場合がある。し
たがって、本発明は、次のような構造物の監視に用いる
ことができる。すなわち、吊橋のワイヤと、鉱山のホイ
ストと、航空機のリベットもしくはスキンと、ボルト締
め構造物と、橋の結合ケーブルと、船舶の船殻および隔
壁と、クレーンまたはタワーなどのボルト締め構造物
と、コンクリート内に接着して埋設されている結合ケー
ブルと、固定用ケーブルと、止め飾りおよびアーチ型天
井等を含む構造物に用いられる。更に、鉱山または地下
鉄のトンネルなどの地下構造物に関して、岩はねや将来
起こる可能性のある落盤の兆候である音響現象を監視す
るために本発明を用いることができる。
ルを監視する場合を実施例として用いて、本発明を説明
するが、他の引っ張られている構造物用強化材または緊
締部材を監視することにも、本発明を同様に適用でき
る。このような場合として、例えば、その強化材または
緊締部材が破壊を免れられないものであり、かつ、その
構造材料の音速が決定できるものである場合がある。し
たがって、本発明は、次のような構造物の監視に用いる
ことができる。すなわち、吊橋のワイヤと、鉱山のホイ
ストと、航空機のリベットもしくはスキンと、ボルト締
め構造物と、橋の結合ケーブルと、船舶の船殻および隔
壁と、クレーンまたはタワーなどのボルト締め構造物
と、コンクリート内に接着して埋設されている結合ケー
ブルと、固定用ケーブルと、止め飾りおよびアーチ型天
井等を含む構造物に用いられる。更に、鉱山または地下
鉄のトンネルなどの地下構造物に関して、岩はねや将来
起こる可能性のある落盤の兆候である音響現象を監視す
るために本発明を用いることができる。
構造物内の引っ張りケーブルの破損をモニターする方
法は、以下のステップを含む。すなわち、既知の配置
で、構造物の周囲かつその構造物のすぐ近くに（もし、
すぐ近くでなければ、その構造物に）、複数の検知器を
配置することと、それらの検知器からの信号を収集する
ことと、強化材の破損と関係がある信号を識別すること
とを含む。
法は、以下のステップを含む。すなわち、既知の配置
で、構造物の周囲かつその構造物のすぐ近くに（もし、
すぐ近くでなければ、その構造物に）、複数の検知器を
配置することと、それらの検知器からの信号を収集する
ことと、強化材の破損と関係がある信号を識別すること
とを含む。
構造物の周囲に配置される検知器は、３個ないしそれ
以上が望ましい。エネルギー放出が発生した場所を３個
の検知器により、過剰な数の検知器を用いることなく、
迅速に捜し出すことができる。従来技術とは対照的に、
検知器の配置が既知であるならば、すなわちその構造物
上の各検知器の相対的位置が分かっているならば、これ
らの検知器は構造物上に、またはその周囲に任意に配置
することができる。より詳細には以下に説明するが、検
知器のこの配置が分かると、破損の位置を決定すること
に役立つ。
以上が望ましい。エネルギー放出が発生した場所を３個
の検知器により、過剰な数の検知器を用いることなく、
迅速に捜し出すことができる。従来技術とは対照的に、
検知器の配置が既知であるならば、すなわちその構造物
上の各検知器の相対的位置が分かっているならば、これ
らの検知器は構造物上に、またはその周囲に任意に配置
することができる。より詳細には以下に説明するが、検
知器のこの配置が分かると、破損の位置を決定すること
に役立つ。
これらの検知器は、音響エネルギーおよび／または地
震エネルギーに敏感である。本発明における使用に適し
た検知器には、圧電変換器と、容量性変換器と、加速度
計と、すべてのタイプのマイクロフォンと、受振器（ジ
オホン）などの誘導性装置と、可聴音波変換器と、音響
−光学変換器と、磁気誘導装置と、光学装置とが含まれ
る。これらの検知器の多くは、音響エネルギー、または
地震エネルギーの１つにしか応答しない。しかし、圧電
変換器は両方に応答する。ほとんどの加速度計はアコー
スチックエミッションにはあまり良くは応答しないが、
地震放出には応答する。加速度計は、振動板と連結させ
て、その音響感度を増大させることができる。音響−光
学変換器、または光学加速度計などの光学検知装置は、
広範な種類の方法を用いて、歪または応力を、装置の光
学特性における変化に変換する。この方法には、ファイ
バ・オプティックスの使用または強度変換の利用が含ま
れる。光学装置はアコースチックエミッションと、地震
放出の両方に敏感である。適切な検知器の例としては、
Gradient Lens Corp.のLarsTM100干渉計がある。
震エネルギーに敏感である。本発明における使用に適し
た検知器には、圧電変換器と、容量性変換器と、加速度
計と、すべてのタイプのマイクロフォンと、受振器（ジ
オホン）などの誘導性装置と、可聴音波変換器と、音響
−光学変換器と、磁気誘導装置と、光学装置とが含まれ
る。これらの検知器の多くは、音響エネルギー、または
地震エネルギーの１つにしか応答しない。しかし、圧電
変換器は両方に応答する。ほとんどの加速度計はアコー
スチックエミッションにはあまり良くは応答しないが、
地震放出には応答する。加速度計は、振動板と連結させ
て、その音響感度を増大させることができる。音響−光
学変換器、または光学加速度計などの光学検知装置は、
広範な種類の方法を用いて、歪または応力を、装置の光
学特性における変化に変換する。この方法には、ファイ
バ・オプティックスの使用または強度変換の利用が含ま
れる。光学装置はアコースチックエミッションと、地震
放出の両方に敏感である。適切な検知器の例としては、
Gradient Lens Corp.のLarsTM100干渉計がある。
検知器は構造物のすぐ近くに、望ましくはその構造物
に接触して配置される。これらの検知器は、望む場合
は、例えば、それらを坑道の壁の内部に、または橋ある
いは床板のコンクリートの内部に埋設することによっ
て、構造物の内部に埋設することができる。しかし、こ
の装置の有用性と簡便性とを高めるためには、これらの
検知器は、構造物の表面上で、その構造物のすぐ近く
に、かつ周囲の空気に接触していることが望ましい。こ
のようにして、検知器は、ケーブルの破損などの検知す
べき事故によって発生する、空中を伝搬する音響エネル
ギーや構造物を伝搬する音響エネルギーを検知すること
ができる。しかし、空中を伝搬するアコースチックエミ
ッションの速度は、構造物を伝搬する放出および地震の
放出の速度と比べて低速であるため、空中を伝搬する音
響エネルギーは本発明の実施上は、特に関心を引くとい
うものではない。例えば、空中を伝搬する音響エネルギ
ーの速度は300m/sであるが、音響と地震とに関する、コ
ンクリートを伝搬するエネルギー圧力波ならびにエネル
ギー剪断波の速度はそれぞれ約5000m/sと2300m/sであ
る。コンクリートの圧縮によってこれらの速度に変化が
生じることがあるため、速度情報が、破損場所の割り出
しのために使用されることになっているときは、構造物
のコンクリートにおける音響速度および／または地震速
度（その装置においてどちらのエネルギー速度が使われ
ているかによる）を測定するために試験を行なう必要が
ある。
に接触して配置される。これらの検知器は、望む場合
は、例えば、それらを坑道の壁の内部に、または橋ある
いは床板のコンクリートの内部に埋設することによっ
て、構造物の内部に埋設することができる。しかし、こ
の装置の有用性と簡便性とを高めるためには、これらの
検知器は、構造物の表面上で、その構造物のすぐ近く
に、かつ周囲の空気に接触していることが望ましい。こ
のようにして、検知器は、ケーブルの破損などの検知す
べき事故によって発生する、空中を伝搬する音響エネル
ギーや構造物を伝搬する音響エネルギーを検知すること
ができる。しかし、空中を伝搬するアコースチックエミ
ッションの速度は、構造物を伝搬する放出および地震の
放出の速度と比べて低速であるため、空中を伝搬する音
響エネルギーは本発明の実施上は、特に関心を引くとい
うものではない。例えば、空中を伝搬する音響エネルギ
ーの速度は300m/sであるが、音響と地震とに関する、コ
ンクリートを伝搬するエネルギー圧力波ならびにエネル
ギー剪断波の速度はそれぞれ約5000m/sと2300m/sであ
る。コンクリートの圧縮によってこれらの速度に変化が
生じることがあるため、速度情報が、破損場所の割り出
しのために使用されることになっているときは、構造物
のコンクリートにおける音響速度および／または地震速
度（その装置においてどちらのエネルギー速度が使われ
ているかによる）を測定するために試験を行なう必要が
ある。
エネルギー波を検知すると、各検知器は信号を生成す
る。これらの検知器は、磁気テープなどのいくつかの適
切な収集手段を用いて、個々に信号データを、その情報
が要求されるまで収集することができる。要求される
と、その収集されたデータは分析されて、強化材の破損
に関係する信号が識別される。この代わりとして、か
つ、より望ましくは、検知器に連続的に監視させること
ができる中央監視手段と検知器とを接続する。そこで
は、中央監視手段は、収集手段、および破損に関係する
信号の識別手段として働く。この中央監視装置は、望ま
しくは破損信号の即時収集と分析を行なえるマイクロプ
ロセッサである。この中央監視手段は、エネルギー放出
の周波数パターンおよび／または振幅パターンを検討す
ることによって、構造物内の破損に関係する信号を識別
することができる。具体的には、第１図のグラフに示す
ように、Ｂに示されているケーブル破損の周波数と振幅
は、バックグラウンドのエネルギーの周波数と振幅の特
性とは容易に識別される。第１図に示すような信号デー
タを、破損中に放出されるエネルギーを識別するための
識別窓を作るために使用することができる。装置の性能
を高めるために、その識別窓に基づいたフィルタを用い
ることができる。この識別窓により、背景エネルギーを
除去し、重要な信号を鮮明に識別することができる。こ
のフィルタにおいて、センサからの連続した信号の流れ
が、重要と看なされるイベントによって中断される。事
象の中断というこのトリガによってトリガの前およびト
リガの後の情報を捕捉することができる。従って、この
トリガは、ある程度、特定のものだけに効果を発揮する
ものである必要がある。フィルタは周知のハードウエ
ア、またはソフトウエアから構成することができる。例
えば、音声混合に用いられるようなバンドパスフィルタ
を用いることができる。
る。これらの検知器は、磁気テープなどのいくつかの適
切な収集手段を用いて、個々に信号データを、その情報
が要求されるまで収集することができる。要求される
と、その収集されたデータは分析されて、強化材の破損
に関係する信号が識別される。この代わりとして、か
つ、より望ましくは、検知器に連続的に監視させること
ができる中央監視手段と検知器とを接続する。そこで
は、中央監視手段は、収集手段、および破損に関係する
信号の識別手段として働く。この中央監視装置は、望ま
しくは破損信号の即時収集と分析を行なえるマイクロプ
ロセッサである。この中央監視手段は、エネルギー放出
の周波数パターンおよび／または振幅パターンを検討す
ることによって、構造物内の破損に関係する信号を識別
することができる。具体的には、第１図のグラフに示す
ように、Ｂに示されているケーブル破損の周波数と振幅
は、バックグラウンドのエネルギーの周波数と振幅の特
性とは容易に識別される。第１図に示すような信号デー
タを、破損中に放出されるエネルギーを識別するための
識別窓を作るために使用することができる。装置の性能
を高めるために、その識別窓に基づいたフィルタを用い
ることができる。この識別窓により、背景エネルギーを
除去し、重要な信号を鮮明に識別することができる。こ
のフィルタにおいて、センサからの連続した信号の流れ
が、重要と看なされるイベントによって中断される。事
象の中断というこのトリガによってトリガの前およびト
リガの後の情報を捕捉することができる。従って、この
トリガは、ある程度、特定のものだけに効果を発揮する
ものである必要がある。フィルタは周知のハードウエ
ア、またはソフトウエアから構成することができる。例
えば、音声混合に用いられるようなバンドパスフィルタ
を用いることができる。
この識別手段を機械装置、または電気装置として上記
では説明したが、継続的に、または記憶されている信号
データを調査することによって、破損に関係する信号を
操作者の目視検査により識別することもできることは理
解されるであろう。
では説明したが、継続的に、または記憶されている信号
データを調査することによって、破損に関係する信号を
操作者の目視検査により識別することもできることは理
解されるであろう。
中央監視手段は更に、試験モードを有している。装置
を定期的に検査して、検知器の各々の機能が正常である
ことと、その装置全体の機能が正常であることとを確認
するために、この試験モードは用いられる。
を定期的に検査して、検知器の各々の機能が正常である
ことと、その装置全体の機能が正常であることとを確認
するために、この試験モードは用いられる。
更に、中央監視手段は、一定時間にわたって検知され
たエネルギーレベルを分析して、強化材の破損に関する
予測情報を提供する手段を有することができる。
たエネルギーレベルを分析して、強化材の破損に関する
予測情報を提供する手段を有することができる。
タイミング手段を装置に組み入れて、エネルギー放出
が各検知器に到達した相対的な時刻を記録することもで
きる。各検知器において記録された到着時刻は、引っ張
りケーブルの破損などのトリガとなった事象の位置を割
り出すために役立つ。各検知器にエネルギーが到着した
時刻の差は、周知のように三角測量に用いることができ
る。タイミング手段は各検知器にそれぞれ独立に設置さ
れて、同期させられる。また、望ましくはマイクロプロ
セッサを中心にして設置することができる。タイミング
手段をこのように設置する場合、おおむね、信号は検知
器からマイクロプロセッサへ瞬時に流れると考えられ
る。伝送における遅延は、検知器からマイクロプロセッ
サまでの導線のうちの最長の長さが1000m以内である場
合には、重要ではない。電気の速度は108m/secであり、
したがってどんな遅延であっても、せいぜい10-5秒であ
る。例えば、望ましい実施例においては、検知器は互い
に100m以内であろう。したがって、到着時間の不正確さ
に起因する誤差は、100m程度の距離の不正確さによって
生じると思われる。したがって、コンクリート上を伝送
されるときの遅延により生じる位置の誤りは0.225cmと
いうことになる。吊橋を監視する場合などのように、検
知器が、遠くに離れている場合、ケーブル損傷の計算の
時には伝送遅延を考慮に入れる必要がある。
が各検知器に到達した相対的な時刻を記録することもで
きる。各検知器において記録された到着時刻は、引っ張
りケーブルの破損などのトリガとなった事象の位置を割
り出すために役立つ。各検知器にエネルギーが到着した
時刻の差は、周知のように三角測量に用いることができ
る。タイミング手段は各検知器にそれぞれ独立に設置さ
れて、同期させられる。また、望ましくはマイクロプロ
セッサを中心にして設置することができる。タイミング
手段をこのように設置する場合、おおむね、信号は検知
器からマイクロプロセッサへ瞬時に流れると考えられ
る。伝送における遅延は、検知器からマイクロプロセッ
サまでの導線のうちの最長の長さが1000m以内である場
合には、重要ではない。電気の速度は108m/secであり、
したがってどんな遅延であっても、せいぜい10-5秒であ
る。例えば、望ましい実施例においては、検知器は互い
に100m以内であろう。したがって、到着時間の不正確さ
に起因する誤差は、100m程度の距離の不正確さによって
生じると思われる。したがって、コンクリート上を伝送
されるときの遅延により生じる位置の誤りは0.225cmと
いうことになる。吊橋を監視する場合などのように、検
知器が、遠くに離れている場合、ケーブル損傷の計算の
時には伝送遅延を考慮に入れる必要がある。
検知器をマイクロプロセッサにより監視する場合、タ
イミングパターンの分析を瞬時に、かつ連続して行なう
ことができる。マイクロプロセッサは、損傷を報告する
出力形式を有する。この出力は、例えばコンピュータ監
視装置による場合のように、連続的に提供することがで
きる。その代わりに、要求された時にだけ、マイクロプ
ロセッサによって出力を提供することとしてもよい。
イミングパターンの分析を瞬時に、かつ連続して行なう
ことができる。マイクロプロセッサは、損傷を報告する
出力形式を有する。この出力は、例えばコンピュータ監
視装置による場合のように、連続的に提供することがで
きる。その代わりに、要求された時にだけ、マイクロプ
ロセッサによって出力を提供することとしてもよい。
装置の有用性を高めるためには、検知器は音響エネル
ギーと地震エネルギーの両方のエネルギーに応答するこ
とが望ましい。このような検知器が用いられる場合、両
方の形態のエネルギーの到着時間を個々に記録し、これ
らを比較して発生場所を正確に示すことができる。上述
したように、検知器をまた、空中を伝搬する音響エネル
ギーに対しても応答するように配置することができる。
空中を伝搬する音響エネルギーの検知時刻を、構造物を
伝搬する音響エネルギーまたは地震エネルギーの到着時
刻と組み合わせて、発生場所を決定し、または確認する
ことができる。２つ以上の種類のエネルギーに応答する
検知器を用いると、１つの種類のエネルギーに過剰なバ
ックグラウンドノイズが時々あるときに、発生場所の発
見ばかりでなく、ケーブルの損傷の識別に有利である。
ある種類のエネルギーに過剰な背景ノイズがある場合、
その他の種類のものを用いて歪のない信号を供給するこ
とができる。
ギーと地震エネルギーの両方のエネルギーに応答するこ
とが望ましい。このような検知器が用いられる場合、両
方の形態のエネルギーの到着時間を個々に記録し、これ
らを比較して発生場所を正確に示すことができる。上述
したように、検知器をまた、空中を伝搬する音響エネル
ギーに対しても応答するように配置することができる。
空中を伝搬する音響エネルギーの検知時刻を、構造物を
伝搬する音響エネルギーまたは地震エネルギーの到着時
刻と組み合わせて、発生場所を決定し、または確認する
ことができる。２つ以上の種類のエネルギーに応答する
検知器を用いると、１つの種類のエネルギーに過剰なバ
ックグラウンドノイズが時々あるときに、発生場所の発
見ばかりでなく、ケーブルの損傷の識別に有利である。
ある種類のエネルギーに過剰な背景ノイズがある場合、
その他の種類のものを用いて歪のない信号を供給するこ
とができる。
望ましい装置の機能を説明するために、第２図を参照
する。第２図においては、３つの検知器D1、D2、D3がラ
ンダムに、かつ好都合なように、コンクリートスラブ10
の上に配置されている。コンクリートスラブ10には、ス
ラブ10の切り開いた部分に示すように、ポストテンショ
ニングケーブル12が通っている。スラブ上の各検知器の
相対位置は測定され、記録されている。この図示された
実施例において、検知器は地震エネルギーと音響エネル
ギーの両方に応答する。検知器は、マイクロプロセッサ
に基づいた中央監視手段に接続されている。中央監視手
段は、その全体を14で示す。中央監視手段14は、検知器
D1、D2、D3から信号を収集するための手段16が含まれて
いる。信号が集められるときに、マイクロプロセッサ内
のフィルタ18は、事前に設定してある識別窓に基づいて
重要であると考えられる信号を識別する。重要である信
号は、20で示すように、損傷に関係しているとして識別
されて、記録される。クロック手段22がその信号の到着
時刻を記録する。
する。第２図においては、３つの検知器D1、D2、D3がラ
ンダムに、かつ好都合なように、コンクリートスラブ10
の上に配置されている。コンクリートスラブ10には、ス
ラブ10の切り開いた部分に示すように、ポストテンショ
ニングケーブル12が通っている。スラブ上の各検知器の
相対位置は測定され、記録されている。この図示された
実施例において、検知器は地震エネルギーと音響エネル
ギーの両方に応答する。検知器は、マイクロプロセッサ
に基づいた中央監視手段に接続されている。中央監視手
段は、その全体を14で示す。中央監視手段14は、検知器
D1、D2、D3から信号を収集するための手段16が含まれて
いる。信号が集められるときに、マイクロプロセッサ内
のフィルタ18は、事前に設定してある識別窓に基づいて
重要であると考えられる信号を識別する。重要である信
号は、20で示すように、損傷に関係しているとして識別
されて、記録される。クロック手段22がその信号の到着
時刻を記録する。
重要な信号を識別するために用いることができるいく
つかの有用なパラメータは、入力される信号の勾配に関
する閾値と、入力される信号の振幅に関する閾値と、入
力される信号の周波数分布に関する閾値と、入力される
信号の持続時間に関する閾値と、入力される信号の音量
に関する閾値とである。事象が、これらの判定基準のう
ちの１個以上に関して、予め定められた数値を越える結
果を生じた場合、その事象は、検査のために記録され、
他のものと区別するために特別の印が付けられる。その
検査は人手による目視検査によって行なうことができ、
また、コンピュータによって自動的に行なうこともでき
る。自動的に検査が行なわれた場合、上述の判定基準の
うちのいくつかが、その所定の水準を超えたときは、損
傷の疑いがあることを宣言する。
つかの有用なパラメータは、入力される信号の勾配に関
する閾値と、入力される信号の振幅に関する閾値と、入
力される信号の周波数分布に関する閾値と、入力される
信号の持続時間に関する閾値と、入力される信号の音量
に関する閾値とである。事象が、これらの判定基準のう
ちの１個以上に関して、予め定められた数値を越える結
果を生じた場合、その事象は、検査のために記録され、
他のものと区別するために特別の印が付けられる。その
検査は人手による目視検査によって行なうことができ、
また、コンピュータによって自動的に行なうこともでき
る。自動的に検査が行なわれた場合、上述の判定基準の
うちのいくつかが、その所定の水準を超えたときは、損
傷の疑いがあることを宣言する。
損傷に起因して放出されるエネルギーの推定値に基づ
いて、おおよその最大値を算出することが可能である
が、それは行なう必要はない。その代わり、基本信号ま
たはバックグラウンド信号をしばらくの間モニターし
て、その後、起こる可能性のある損傷事象を示すよう
な、充分に外側にある任意の数値を設定するだけでよ
い。例えば、基本レベルの２倍を越える振幅または勾配
を有する信号、あるいは高周波数成分が著しく高いレベ
ルにある周波数分布を選択することができる。損傷を検
査する他の方法は、起こる可能性のある損傷事象とし
て、音波と地震波の両方において所定のレベルを超える
結果を生じさせる事象だけに限定するものである。損傷
事象は、地震の伝搬と音響の伝搬の両方において変化を
生じさせると認められるからである。
いて、おおよその最大値を算出することが可能である
が、それは行なう必要はない。その代わり、基本信号ま
たはバックグラウンド信号をしばらくの間モニターし
て、その後、起こる可能性のある損傷事象を示すよう
な、充分に外側にある任意の数値を設定するだけでよ
い。例えば、基本レベルの２倍を越える振幅または勾配
を有する信号、あるいは高周波数成分が著しく高いレベ
ルにある周波数分布を選択することができる。損傷を検
査する他の方法は、起こる可能性のある損傷事象とし
て、音波と地震波の両方において所定のレベルを超える
結果を生じさせる事象だけに限定するものである。損傷
事象は、地震の伝搬と音響の伝搬の両方において変化を
生じさせると認められるからである。
損傷の発生場所を決定するために、エネルギーの到着
判定時刻が22で判定される。この時刻は各検知器につい
て1/1000秒以下の精度で記録される。装置は、音響エネ
ルギーおよび／または地震エネルギーの各検知器への相
対的な到着時刻を比較し、三角測量により損傷24の発生
場所を決定する。好ましい実施例においては、マイクロ
プロセッサは、統計的分析手段26も有する。統計的分析
手段26は、信号を分析し、すでに収集した信号データに
基づき将来の損傷事象を予想するための基礎を提供す
る。マイクロプロセッサはまた、検知器の機能と装置全
体の機能とを28によって定期的に試験する。
判定時刻が22で判定される。この時刻は各検知器につい
て1/1000秒以下の精度で記録される。装置は、音響エネ
ルギーおよび／または地震エネルギーの各検知器への相
対的な到着時刻を比較し、三角測量により損傷24の発生
場所を決定する。好ましい実施例においては、マイクロ
プロセッサは、統計的分析手段26も有する。統計的分析
手段26は、信号を分析し、すでに収集した信号データに
基づき将来の損傷事象を予想するための基礎を提供す
る。マイクロプロセッサはまた、検知器の機能と装置全
体の機能とを28によって定期的に試験する。
各センサから継続的に入ってくるバックグラウンド信
号は、ある範囲内に入っていなければならない。これに
ついての評価は、装置によって行なうことができるが、
信号が予期した範囲から逸脱している場合はエラーメッ
セージを発生することができる。合成して作成した事象
を監視地域に、かわるがわる発生させて、装置が、その
事象から発生する波を記録するか否かを判定して、装置
を評価することができる。好ましい実施例においては、
中央監視手段からの連続した出力がモニター装置30へ供
給される。
号は、ある範囲内に入っていなければならない。これに
ついての評価は、装置によって行なうことができるが、
信号が予期した範囲から逸脱している場合はエラーメッ
セージを発生することができる。合成して作成した事象
を監視地域に、かわるがわる発生させて、装置が、その
事象から発生する波を記録するか否かを判定して、装置
を評価することができる。好ましい実施例においては、
中央監視手段からの連続した出力がモニター装置30へ供
給される。
例１ 本発明のある実施例においては、Archer Companyによ
って製造されたモデル273−065Aという３個の圧電検知
器が、厚さ20cmのコンクリート製であって30m x 15mの
大きさのスラブの表面に配置された。このスラブは、Al
berta州Lethbridgeの、ある駐車場ビルの１階分を構成
する。その床は、ポストテンションされている鋼鉄製ケ
ーブルで強化されていた。検知器はＡと、Ｂと、Ｃとに
識別され、三角形に配置された。マイクロプロセッサは
従来の配線方法で３つの検知器に接続された。検知器は
コンクリートの中を通る地震波を記録するように設置さ
れた。取り壊す予定であったこの車庫には腐食の進んだ
状態の強化ケーブルがあることが分かっていた。このよ
うなケーブルの１本を露出させて、破損を引き起こし
た。第１図は、この破損を示すフーリエ変換図である。
図の縦座標は、記録開始後の時刻（ミリ秒単位）を示
し、横座標は、kHertz単位で、記録された音波を示す。
垂直方向は、ミリボルト単位で、記録された各波の振幅
を示す。この図は、検知器Ａの出力を記録している。88
ミリ秒より前において、相対的に小さい振幅の、かつ約
7kHz未満の波長の波が記録されていることは明らかであ
ろう。これらが、道路の通行や、駐車場ビル内の動きな
どのバックグラウンドの事象を表わしている。88ミリ秒
のときに、発生させたケーブルの破損が検知された。こ
の破損が、13.24kHzの高さの波長のところに示されてい
る音波を発生させた。さらに、この破損は、もっと低い
波長において、これ以前に見られた波よりもずっと大き
な振幅の波を生じさせた。計測目盛り上で約160ミリ秒
まで、通常よりも高い周波数が発生した。構造物内が無
傷ではなくなったために、破損後のバックグラウンド事
象は、破損前のバックグラウンド事象の振幅よりも高い
振幅を示した。同様のパターンが検知器Ｂと、Ｃとによ
って記録された。
って製造されたモデル273−065Aという３個の圧電検知
器が、厚さ20cmのコンクリート製であって30m x 15mの
大きさのスラブの表面に配置された。このスラブは、Al
berta州Lethbridgeの、ある駐車場ビルの１階分を構成
する。その床は、ポストテンションされている鋼鉄製ケ
ーブルで強化されていた。検知器はＡと、Ｂと、Ｃとに
識別され、三角形に配置された。マイクロプロセッサは
従来の配線方法で３つの検知器に接続された。検知器は
コンクリートの中を通る地震波を記録するように設置さ
れた。取り壊す予定であったこの車庫には腐食の進んだ
状態の強化ケーブルがあることが分かっていた。このよ
うなケーブルの１本を露出させて、破損を引き起こし
た。第１図は、この破損を示すフーリエ変換図である。
図の縦座標は、記録開始後の時刻（ミリ秒単位）を示
し、横座標は、kHertz単位で、記録された音波を示す。
垂直方向は、ミリボルト単位で、記録された各波の振幅
を示す。この図は、検知器Ａの出力を記録している。88
ミリ秒より前において、相対的に小さい振幅の、かつ約
7kHz未満の波長の波が記録されていることは明らかであ
ろう。これらが、道路の通行や、駐車場ビル内の動きな
どのバックグラウンドの事象を表わしている。88ミリ秒
のときに、発生させたケーブルの破損が検知された。こ
の破損が、13.24kHzの高さの波長のところに示されてい
る音波を発生させた。さらに、この破損は、もっと低い
波長において、これ以前に見られた波よりもずっと大き
な振幅の波を生じさせた。計測目盛り上で約160ミリ秒
まで、通常よりも高い周波数が発生した。構造物内が無
傷ではなくなったために、破損後のバックグラウンド事
象は、破損前のバックグラウンド事象の振幅よりも高い
振幅を示した。同様のパターンが検知器Ｂと、Ｃとによ
って記録された。
例２ 第3A図および第3B図を参照すると、第２の例において
は、損傷事象は、Alberta州のCalgaryにおいて、１キロ
の重りを30cmの高さからオフィスビルのコンクリートス
ラブの床に落としてシミュレートされた。第２の例は、
損傷の発生場所を割り出す本発明に係る実施例を説明す
ることを意図している。床は8.0m x 20.0mの寸法であ
る。床には、３個の圧電式検知器がある。これらの検知
器は、例１に用いたものと同一の型式であり、Ｄ、Ｅ、
Ｆとする。これらは、第3A図に示すように配置された。
シミュレートされた損傷に後続する、高振幅かつ高周波
数の波の先端部が、検知器Ｅに、最初に到達したことが
分かった。この波は検知器Ｄには0.7秒後に到着し、そ
の後、検知器Ｆには、最初の波が検知器Ｅに到着後1.2
秒で到着した。第3B図を参照すると、検知器の既知の位
置と、到着時刻の相対的な差とを用いて損傷位置を発見
できる。公知のような数学的方法を用いてもよいが、第
3B図のようにグラフを生成することが望ましい。発生場
所を割り出すために、センサＤと、Ｅと、Ｆとの位置
を、スラブを表わすグラフ上に記入する。到着時刻の相
対的な遅延と、構造物を通る地震エネルギーの速度（24
00m/sであることが分かっている）とを用いて、検知器
Ｅと比べた時の、発生場所からの相対的な距離を次のよ
うに決定する。
は、損傷事象は、Alberta州のCalgaryにおいて、１キロ
の重りを30cmの高さからオフィスビルのコンクリートス
ラブの床に落としてシミュレートされた。第２の例は、
損傷の発生場所を割り出す本発明に係る実施例を説明す
ることを意図している。床は8.0m x 20.0mの寸法であ
る。床には、３個の圧電式検知器がある。これらの検知
器は、例１に用いたものと同一の型式であり、Ｄ、Ｅ、
Ｆとする。これらは、第3A図に示すように配置された。
シミュレートされた損傷に後続する、高振幅かつ高周波
数の波の先端部が、検知器Ｅに、最初に到達したことが
分かった。この波は検知器Ｄには0.7秒後に到着し、そ
の後、検知器Ｆには、最初の波が検知器Ｅに到着後1.2
秒で到着した。第3B図を参照すると、検知器の既知の位
置と、到着時刻の相対的な差とを用いて損傷位置を発見
できる。公知のような数学的方法を用いてもよいが、第
3B図のようにグラフを生成することが望ましい。発生場
所を割り出すために、センサＤと、Ｅと、Ｆとの位置
を、スラブを表わすグラフ上に記入する。到着時刻の相
対的な遅延と、構造物を通る地震エネルギーの速度（24
00m/sであることが分かっている）とを用いて、検知器
Ｅと比べた時の、発生場所からの相対的な距離を次のよ
うに決定する。
センサＤの遅延＝0.7ms センサＥと比較した時の発生場所からの追加距離 ＝0.7ms x 2400m/s ＝1.61m センサＦの遅延＝1.2ms センサＥと比較した時の発生場所からの追加距離 ＝1.2ms x 2400m/s ＝2.76m. これらの距離値は、32と34で示すように、各々のセン
サの周囲に円を描く際の半径として用いられる。次に、
センサＥと交わり、かつセンサＤの周囲の円32と、セン
サＦの周囲の円34とに接するように、円41を描く。こう
すると、発生場所が円41の中心42になるように決定され
る。実際の発生場所は本実施例においては、40で示され
るものであることがわかった。このことは、もちろん、
その損傷が引き起こされたものであるから、分かったの
である。実際の発生場所は、算出された発生場所の極め
て近くであり、0.23mの誤差を示した。
サの周囲に円を描く際の半径として用いられる。次に、
センサＥと交わり、かつセンサＤの周囲の円32と、セン
サＦの周囲の円34とに接するように、円41を描く。こう
すると、発生場所が円41の中心42になるように決定され
る。実際の発生場所は本実施例においては、40で示され
るものであることがわかった。このことは、もちろん、
その損傷が引き起こされたものであるから、分かったの
である。実際の発生場所は、算出された発生場所の極め
て近くであり、0.23mの誤差を示した。
上述の実施例は、地震検知のみを用いて説明したが、
地震検知と音響検知の両方の検知を用いてもよい。両方
の形態を用いる場合、２個の検知器のみを用いて、発生
場所を割り出すことができる。エネルギーの反射も発生
場所の正確な位置を見つけるために用いることができ
る。しかし、このためには、反射する構造物を正確に配
置する必要がある。更に、最初の波形の到着は、明瞭に
識別できるが、反射波形は非常に複雑である。
地震検知と音響検知の両方の検知を用いてもよい。両方
の形態を用いる場合、２個の検知器のみを用いて、発生
場所を割り出すことができる。エネルギーの反射も発生
場所の正確な位置を見つけるために用いることができ
る。しかし、このためには、反射する構造物を正確に配
置する必要がある。更に、最初の波形の到着は、明瞭に
識別できるが、反射波形は非常に複雑である。
以上の本発明の説明は単に例に過ぎず、本発明の範囲
から逸脱しない範囲の変更は、当業者には自明であるこ
とが理解されであろう。本発明の範囲は、添付の請求の
範囲に示されている。
から逸脱しない範囲の変更は、当業者には自明であるこ
とが理解されであろう。本発明の範囲は、添付の請求の
範囲に示されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 19/00 G01H 1/00 G01H 17/00
Claims (10)
- 【請求項１】強化材の損傷に起因する信号と、構造物に
配置した複数の測定点に該信号が到着する時刻とを検出
および分析して、該信号の発生場所の特性と位置を測定
し、３箇所の測定点の音響信号および／または地震信号
を検知して予め決められた最低周波数より上の該信号の
スペクトルを分析することにより前記構造物を監視す
る、構造物における強化材の損傷に関して該構造物を監
視するための方法において、前記構造物上の前記測定点
の相対的な位置を知り、前記予め決められた最低周波数
より下の周波数にある実質的に連続した背景スペクトル
密度と対照を成して、数キロヘルツにわたるスペクトル
密度が、該予め決められた最低周波数より上に、限られ
た期間存在することを測定することを特徴とする方法。 - 【請求項２】請求の範囲第１項記載の方法において、前
記信号をそのフーリエ変換に変換することを特徴とする
方法。 - 【請求項３】請求の範囲第２項記載の方法において、エ
ネルギーが検知器に到着した時刻を記録することを特徴
とする方法。 - 【請求項４】請求の範囲第３項記載の方法において、前
記検知器を定期的に検査して機能が正常であることを確
認することを特徴とする方法。 - 【請求項５】請求の範囲第４項記載の方法において、一
定の期間にわたって、損傷の発生に関係する信号データ
を分析して、将来の損傷を予測するために役立つ統計的
情報を提供することを特徴とする方法。 - 【請求項６】強化材の損傷に起因する信号と、構造物に
配置した複数の測定点に該信号が到着する時刻とを検出
および分析して、該信号の発生場所の特性と位置を測定
する、構造物における強化材の損傷に関して該構造物を
監視するための方法において、３箇所の測定点で信号を
検知して該構造物を監視し、強化物の損傷のないときに
各位置で信号の基準レベルを測定し、前記信号を分析し
て、強化物の損傷を示す信号として、その点で受信した
基準信号の２倍以上の振幅と勾配を有する信号を選択す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項７】請求の範囲第６項記載の方法において、前
記測定点において音響信号または地震信号を検出し、該
信号をそのフーリエ変換に変換して該信号を分析するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項８】請求の範囲第７項記載の方法において、エ
ネルギーが検出器に到着した時刻を記録することを特徴
とする方法。 - 【請求項９】請求の範囲第８項記載の方法において、前
記検知器を定期的に検査して機能が正常であることを確
認することを特徴とする方法。 - 【請求項１０】請求の範囲第９項記載の方法において、
一定の期間にわたって、損傷の発生に関係する信号デー
タを分析して、将来の損傷を予測するために役立つ統計
的情報を提供することを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US8187893A | 1993-06-25 | 1993-06-25 | |
| US08/081,878 | 1993-06-25 | ||
| PCT/CA1994/000335 WO1995000823A1 (en) | 1993-06-25 | 1994-06-16 | Continuous monitoring of reinforcements in structures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08511622A JPH08511622A (ja) | 1996-12-03 |
| JP3288045B2 true JP3288045B2 (ja) | 2002-06-04 |
Family
ID=22166983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50227595A Ceased JP3288045B2 (ja) | 1993-06-25 | 1994-06-16 | 構造物における強化材の連続監視 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0705422B1 (ja) |
| JP (1) | JP3288045B2 (ja) |
| AU (1) | AU674237B2 (ja) |
| BR (1) | BR9406836A (ja) |
| CA (1) | CA2164315C (ja) |
| DE (1) | DE69416410T2 (ja) |
| ES (1) | ES2131200T3 (ja) |
| WO (1) | WO1995000823A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP4323908B2 (ja) * | 2003-09-26 | 2009-09-02 | 大和ハウス工業株式会社 | 免震建物のケーブル引き込み構造 |
| JP2008139170A (ja) * | 2006-12-01 | 2008-06-19 | Fuji Heavy Ind Ltd | 衝撃探知システム |
| IT1400033B1 (it) * | 2010-05-07 | 2013-05-17 | Mulargia | Antenna sismica a campionamento spaziale uniforme in lunghezza d'onda. |
| US9829452B2 (en) | 2013-10-08 | 2017-11-28 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Corrosion detection in structural tendons |
| JP6258010B2 (ja) * | 2013-11-14 | 2018-01-10 | 株式会社フジタ | 弾性波速度測定方法および弾性波速度測定システム |
| JP6236413B2 (ja) * | 2015-06-22 | 2017-11-22 | 東電設計株式会社 | 道路橋床版の変状監視方法 |
| CN107843358A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-03-27 | 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 | 一种混凝土磨蚀预警系统及方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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