JP3584427B2 - 構造部材のモニタリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造部材の健全性の診断に用いられる構造部材のモニタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
橋梁、高架道、トンネル、ビルなどの土木・建築構造物は、供用期間が長いことから、地震、過荷重や疲労などによる損傷、腐食や苛酷な環境などによる劣化の問題にさらされている。
そこで、従来よりかかる問題を解決すべく、構造部材または構造物の所要箇所にセンサーを配置して、随時、構造物の健全性のモニタリングを行い、長期の耐久性を保証するという方法がとられている。このモニタリングは、常時または定期的に、さらには地震や過荷重を受けた直後等に行われる。
【０００３】
具体的には、上述したモニタリングの技術は、次のような場所、箇所に適用される。
（ａ）目視などによる検査、点検を行うことができない場所や位置にある部材・部位のモニタリング。
例としては、地下部分、仕上材、天井材、カバー（屋上における防水層やトンネルの覆工など）がある部材、部位、他の設備、機器配管類により見えない部分、作業の為、立入できないほど狭い場所、密閉されている場所等が挙げられる。
【０００４】
（ｂ）簡単には人が立ち入ることが出来ない場所、部位や、立入や作業に危険を伴う場所、位置における部材、部位のモニタリング。
一例としては、高所作業を伴い、かつ安全な作業足場が確保しがたい場所、水・海水に接している構造物や水中・海中構造物、変電所設備などのような（超）高電圧の設備機器がある所、原子力施設や放射性廃棄物の処分場などのような放射性物質を取り扱う施設、人体に有害な気体（ガス）あるいは刺激臭（臭い）のある場所、酸欠状態になり易い場所、交通車輌が多いところ、出来れば避けたい汚物、光、騒音、粉塵、振動などのある場所、高温度、高湿度の場所等が挙げられる。
【０００５】
（ｃ）新しい構造用の材料や新しい構工法を適用した場合のモニタリング。
新しい構造用の材料や新しい構工法を採用するにあたっては、事前に実験や検討等による多くの実績をもとに、慎重に行われるものであり、多くの場合、長期の耐久性についても問題が生じるようなことはない。
しかしながら、土木・建築構造物では供用期間が長いことから、使用条件の変更や環境の変化なども考慮に入れれば、不測の事故の回避や長期の耐久性を保証するために、モニタリングを行うことは、非常に有効となる場合があるからである。
また、設計・運用データの少なさからくる過剰設計が不要となると同時に、信頼性も飛躍的に向上するなどの利点が期待できるからである。
【０００６】
また、建築構造物では、現在の許容応力度設計法による設計体系から、限界状態設計法、さらには基準により構造細部までを規定するのではなく性能自体を規定することにより、設計者自らがその性能を保証するという新しい設計体系への展開も始まろうとしている。このような新しい設計による場合には、性能（機能）・安全・コスト（経済性）のバランスをとることが今後の課題とされている。
【０００７】
次に、上述したモニタリングを実現する手段たる従来の構造部材のモニタリング装置について説明する。
この種の構造部材のモニタリング装置は、構造部材に配置されたセンサと、該センサを用いて各種計測を行う計測機器とから構成されている。上記センサとしては、光ファイバまたは炭素繊維束等の導電性線材が用いられている。
【０００８】
はじめに、センサとして光ファイバを用いた構造部材のモニタリング装置について説明する。この構造部材のモニタリング装置は、光ファイバと、該光ファイバへ光パルスを入射するとともに該光ファイバにおける障害点により反射された反射パルスに基づいて上記障害点を特定する計測機器とから構成されている。
【０００９】
上記光ファイバは、周知のごとく、直径が数ミクロンから１０ミクロンであってかつ屈折率がｎａ（＝１．５）のコアと、該コアに対して同軸をなしかつ屈折率がｎｂ（＜ｎａ）のクラッドとが一体に形成されてなり、可とう性を有している。 従って、上記コアに入射した光は、コアとクラッドとの屈折率差（０．２％〜１．０％）によって、コアとクラッドとの境界面で全反射を繰り返し、極めて低い損失で伝搬する。
また、光ファイバは、弾力性を持たせるべくシリコンやウレタン等により外周面が被覆されていることから、機械的強度が高く、光ファイバ自体の破断伸びは、１％程度とされている。
【００１０】
上記構成において、炭素繊維やガラス繊維などの繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと称する）やその複合材料のひびわれや亀裂の進展をモニタリングする場合には、被覆が剥された光ファイバがＦＲＰの中に予め埋め込まれるか、または被覆が剥された光ファイバがＦＲＰの表面に接着剤により接着される。
このように、被覆が剥された光ファイバを用いる理由は、被覆の強度が大きいため、被覆された光ファイバをＦＲＰにそのまま埋め込む等した状態でＦＲＰに亀裂等が生じても、被覆のみが損傷するのみで光ファイバ自体が損傷しないからである。
【００１１】
ここで、今、ＦＲＰに亀裂が生じたとすると、該亀裂箇所に対応する光ファイバの部分（以下、障害点と称する）が損傷する。
この状態において、光ファイバの入射端面に計測機器より光パルスが入射されると、該光パルスは、光ファイバ内部を伝搬する。そして、上記光パルスの一部は、光ファイバの障害点により微弱な反射光（後方散乱光）として反射されるとともに、光パルスの残りは、障害点を透過してさらに光ファイバ内を伝搬する。
【００１２】
そして、障害点の有無または障害点における損傷の程度は、光ファイバの出射端面より出射された透過光の光強度を計測するか、または障害点により反射された微弱な反射光を入射端面において計測するかして判定される。
【００１３】
また、障害点において光ファイバが完全に破断されている場合、光ファイバの入射端面より入射された光パルスは、光ファイバの破断面により反射パルスとして反射（フレネル反射）される。このとき、上記反射パルスを計測することにより、光ファイバにおける障害点の位置が特定される。
【００１４】
一方、障害点における破断の程度によっては、上記反射パルスが生じない場合がある。しかしながら、この場合においては、障害点における上述した後方散乱光のレベルを測定することにより、上記障害点の位置が特定される。
【００１５】
次に、センサとして炭素繊維束等の導電性線材を用いた構造部材のモニタリング装置について説明する。この構造部材のモニタリング装置は、導電性線材と、該導電性線材の抵抗値を計測する計測機器とから構成されている。
上記導電性線材としては、例えば、導電性の炭素繊維ガラス繊維強化プラスチックス（ＣＦＧＦＲＰ）が用いられている。この炭素繊維ガラス繊維強化プラスチックスには、極細長の炭素繊維がおおむね千本単位で束ねられたもの（炭素繊維束）が含まれている。
【００１６】
上記構成において、コンクリート等の構造部材に埋め込まれた導電性線材の抵抗値が計測機器により計測されることにより、構造部材の損傷の程度がモニタリングされる。
すなわち、構造部材（導電性材料）に引張荷重が作用すると、導電性線材の炭素繊維が引張荷重による伸びに応じて徐々に破断され、計測機器により計測される、炭素繊維の抵抗値が徐々に上昇する。そして、上記伸びが所定以上になると、炭素繊維のほとんどが破断し、導電性材料の抵抗値が急激に上昇する。
【００１７】
そして、さらに構造部材に対する引張荷重が大きくなると、炭素繊維が完全に破断することにより、炭素繊維の抵抗値が極めて大きくなる（空気中であればほぼ無限大）。
【００１８】
また、構造部材に対する引張荷重が取り除かれると、構造部材のたわみが徐々に小さくなるとともに、破断されていない炭素繊維のみが元の形状に戻る。この状態において、導電性線材の抵抗値（以下、残留抵抗値と称する）は、構造部材に対して引張荷重がかかる前の抵抗値（以下、初期抵抗値と称する）に比べて大きい値とされている。これは、導電性材料において破断した炭素繊維の分だけ抵抗値が大きいためである。
【００１９】
そして、実際のモニタリングにおいては、引張荷重および構造部材の伸びと、残留抵抗値との対応関係を実験等により変換テーブルとして調べておき、実測値たる残留抵抗値と変換テーブルとから、実際の引張荷重および構造部材の伸びを推測することができる。この推測結果に基づいて、構造部材の損傷の程度がモニタリングされる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の光ファイバを用いた構造部材のモニタリング装置においては、以下に列挙する問題点、欠点があった。
（１） 被覆が剥された光ファイバを構造部材たるコンクリート躯体に埋め込んだ場合、光ファイバが石英ガラスからなるという材料の性質上、コンクリートに含まれているアルカリ成分により、光ファイバの伝送特性が悪化する。従って、この場合には、長期間に亙ってモニタリングを行うことができないという問題があった。
【００２１】
（２） 被覆された光ファイバを構造部材に適用した場合、光ファイバの強度が高くなるため、光ファイバの損傷箇所と構造部材の損傷箇所との不一致が生じたり、また、被覆と構造部材との間に剥がれが発生するといった、測定精度が低いという問題があった。
（３） 被覆した光ファイバを単なる光信号の伝達ケーブルとして用いた場合、光ファイバの破断伸びがわずか１％程度であることから、炭素繊維シート等の高弾性であってかつ破断伸びの小さい補強材中に光ファイバを配置するときを除けば、保護管等により光ファイバを養生しなければならないという問題があった。
【００２２】
（４） 光ファイバの口元自体が入射端面とされていることから、この入射端面から所定点までの間の部分が、計測不可能ないわゆるデッドゾーンとされる。従って、上記デットドーンに障害点が存在する場合、該障害点を検出することができないという問題があった。
このデットゾーンの距離は、光の波長や計器機器の計測精度により異なるが、通常、シングルモード光ファイバで８ｍ、マルチモード光ファイバで３ｍとされている。しかしながら、デッドゾーンの距離は、特定の測定方法を用いた場合、１０〜２０ｍにもおよぶ。
（５） 引張荷重等による光ファイバの変形が弾性域内であった場合には、引張荷重が取り除かれた時点で光ファイバが引張荷重がかかる前の状態に戻る。従って、この引張荷重が取り除かれた状態で計測を行っても、引張荷重が加えられたという過去の状態を知ることができないという欠点があった。
【００２３】
一方、従来の導電性線材（炭素繊維束）を用いた構造部材のモニタリング装置においては、導電性線材の抵抗値の変化から、構造部材のどこかに損傷を受けた位置が存在するということを知ることができるという利点があるが、その測定の性質上、損傷を受けた位置を特定することができないという欠点があった。
なお、導電性線材を複数に分割して、両端だけではなく、中間点に複数の端子を設けておき、その間の抵抗値を計測することにより、損傷を受けた部位の範囲を特定することも考えられる。
しかしながら、この場合においては、複数の端子と計測機器との間を接続する複数の信号ケーブルが必要とされ、コスト面、施工の困難性等を考慮すれば適用に問題があることもある。
本発明はこのような背景の下になされたもので、耐久性に優れ、しかも低コストであってかつ簡易な構成で構造部材のモニタリングをすることができる構造部材のモニタリング装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、構造部材の内部に埋設されるかあるいは構造部材の表面に接着され、導電性を有する導線と、前記導線の一端へ入射信号としてパルス信号又は高周波信号を供給する信号供給手段と、前記導線の一端より出力される反射信号に基づいて前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記入射信号及び前記反射信号の電圧に基づいて反射係数を算出して前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段とを具備することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、構造部材の内部に埋設されるかあるいは構造部材の表面に接着され、導電性を有する第１の導線と、前記第１の導線に対して所定間隔をおいて前記構造部材の内部に平行配置され、導電性を有する第２の導線と、前記第１の導線の一端へ入射信号としてパルス信号又は高周波信号を供給する信号供給手段と、前記第１の導線の一端より出力される第１の反射信号に基づいて前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記入射信号及び前記第１の反射信号の電圧に基づいて反射係数を算出しかつその算出値と前記第２の導線の一端より出力される第２の反射信号の有無とにより前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段とを具備することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、構造部材の内部に埋設されるかあるいは構造部材の表面に接着され、導電性を有する導線と、前記導線の一端へ入射信号としてパルス信号又は高周波信号を供給する信号供給手段と、前記導線の一端より出力される反射信号に基づいて前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記反射信号と前記導線の他端より出力される透過信号のレベル比を算出して前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段とを具備することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態による構造部材のモニタリング装置の概略構成を示す図である。以下に説明する第１実施形態による構造部材のモニタリング装置の測定原理は、ＴＤＲ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）測定方法に基づくものである。
【００２６】
ここで、上記ＴＤＲ測定方法とは、インパルス状またはステップ状のパルス信号を導電性の被測定物に入力した後、上記パルス信号（入射波）と被測定物により反射された反射信号（反射波）とが重畳された反射信号の波形に基づいて、被測定物のインピーダンス特性やインピーダンスの不連続性を距離の関数として測定する方法をいう。また、上記重畳された反射信号の波形は、オシロスコープにより観測される。
【００２７】
図１において、１は、パルス信号発生器であり、図２（ｃ）に示すパルス信号Ｓｉまたは図２（ｄ）に示すステップ状のパルス信号Ｓｓを発生する。このパルス信号発生器１には、図示しないプローブが接続されており、パルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓは、該プローブを介して出力される。また、上記プローブ先端部からパルス信号発生器１およびオシロスコープ３側を見たときの特性インピーダンスは、Ｚｏ（５０Ωまたは７５Ω）とされている。
【００２８】
２は、被測定物たる導電性線材であり、この導電性線材２としては、例えば、炭素繊維束等が用いられている。この導電性線材２の一端２ａには、プローブを介してパルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓが入力される。また、導電性線材２については、一端２ａにおいて反射が発生しないように、そのインピーダンスと特性インピーダンスＺｏとができるかぎり整合するように、長さおよび径、材料の抵抗率の設計が行われる。３は、反射信号Ｓｒｉ３（図２（ｃ）参照）または反射信号Ｓｒｓ３（図２（ｄ）参照）の波形を表示するオシロスコープである。
【００２９】
さらに、導電性線材２の外周面は、プラスチックス等の被覆材（図示略）で被覆されている。この被覆材としては、例えば、その破断伸びが、後述するより線や中心導体と同程度かまたは小さいという機械的特性を有しているものが用いられている。ここで、上記導電性線材２（より線）として銅線を用いた場合には、引張荷重による引張（破断）伸びが数パーセント以下のプラスチックスの被覆を用いることが望ましい。これにより、コンクリート部材のひび割れや亀裂の進展に伴い、被覆材であるプラスチックスに同じようにひび割れ、または亀裂が入り、ひいては、被覆材を含めた周辺のインピーダンスが変化し、この結果、その損傷状況をより感度良くモニタリングすることができる。
【００３０】
引張（破断）伸びが数パーセント以下のプラスチックスとしては、例えば、ポリスチレンの標準グレード、またはビニルエステル系エポキシ樹脂の標準グレードのものが挙げられる。ここで、ポリスチレンの標準グレードのものの引張（破断）伸びは、２％であり、一方、ビニルエステル系エポキシ樹脂の標準グレードのものの引張（破断）は、３％である。
【００３１】
また、オシロスコープ３には、各種演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）（図示略）が内蔵されている。
【００３２】
上記構成において、今、図１に示す導電性線材２の途中部分に引張荷重等による損傷部、すなわち障害点２ｂが存在するものとする。すなわち、導電性線材２においては、障害点２ｂによりインピーダンスの不整合が生じている。
【００３３】
この状態において、図２（ｂ）に示すパルス信号発生器１より、パルス信号Ｓｉ（図２（ｃ）参照）が図２（ａ）に示す導電性線材２の一端２ａへプローブを介して出力されると、パルス信号Ｓｉは、導電性線材２を伝搬する。そして、パルス信号Ｓｉの一部は、障害点２ｂにより反射され、反射信号Ｓｒｉ１として、一端２ａへ向けて伝搬する。一方、パルス信号Ｓｉの残りは、他端２ｃにより反射され、反射信号Ｓｒｉ２として一端２ａへ向けて伝搬する。
【００３４】
これにより、導電性線材２の一端２ａからは、上述した反射信号Ｓｒｉ１と反射信号Ｓｒｉ２とが重畳された反射信号Ｓｒｉ３が出力される。そして、この反射信号Ｓｒｉ３は、オシロスコープ３に入力される。この結果、オシロスコープ３には、図２（ｃ）に示す反射信号Ｓｒｉ３の波形が表示される。この図において、部分Ａは、反射信号Ｓｒｉ１に対応する部分であり、部分Ｂは、反射信号Ｓｒｉ２に対応する部分である。
【００３５】
従って、図２（ｃ）において、パルス信号Ｓｉと部分Ａとの間の時間を求め、該時間に反射信号Ｓｒｉ３の伝搬速度（≒光速ｃ）を乗算した結果を「２」で除算することにより、図２（ａ）に示す一端２ａから障害点２ｂまでの距離が求められる。すなわち、導電性線材２における障害点２ｂの位置が特定される。
【００３６】
また、図２（ｂ）に示すパルス信号発生器１より、ステップ状のパルス信号Ｓｓ（図２（ｄ）参照）が図２（ａ）に示す導電性線材２の一端２ａへプローブを介して出力されると、パルス信号Ｓｓの一部は、障害点２ｂにより反射され、反射信号Ｓｒｓ１として、一端２ａへ向けて伝搬する。一方、パルス信号Ｓｓの残りは、他端２ｃにより反射され、反射信号Ｓｒｓ２として一端２ａへ向けて伝搬する。
【００３７】
これにより、導電性線材２の一端２ａからは、上述した反射信号Ｓｒｓ１と反射信号Ｓｒｓ２とが重畳された反射信号Ｓｒｓ３が出力される。そして、この反射信号Ｓｒｓ３は、オシロスコープ３に入力される。この結果、オシロスコープ３には、図２（ｄ）に示す反射信号Ｓｒｓ３の波形が表示される。この図において、部分Ｃは、反射信号Ｓｒｓ１に対応する部分であり、部分Ｄは、反射信号Ｓｒｓ２に対応する部分である。
【００３８】
従って、図２（ｄ）において、パルス信号Ｓｓの立ち上がりと部分Ｃとの間の時間を求め、該時間に反射信号Ｓｒｓ３の伝搬速度（≒光速ｃ）を乗算した結果を「２」で除算することにより、図２（ａ）に示す一端２ａから障害点２ｂまでの距離が求められる。すなわち、導電性線材２における障害点２ｂの位置が特定される。
【００３９】
次に、本発明の第１実施形態による構造部材のモニタリング装置の具体的構成について図３（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）は、第１実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＡ−Ａ線視断面図である。上記図３（ａ）および（ｂ）において、図１、図２（ａ）および（ｂ）に対応する部分には、同一の符号を付け、その説明を省略する。
【００４０】
図３（ａ）に示す４は、地表５に縦方向に打設された、構造部材たる円柱形状の基礎杭である。この基礎杭４の内部には、図３（ｂ）に示す杭頭４ａから杭先端部４ｂまでに至って、長手方向に導電性線材２が埋設されている。また、導電性線材２の外周面は、図示しない絶縁材料（例えば、プラスチックス）により被覆されている。ここで、基礎杭４の長手方向の距離はＬ１（＝５０ｍ）である。
【００４１】
次に、上述した第１実施形態による構造部材のモニタリング装置の動作について説明する。今、図３（ｂ）に示す導電性線材２において、一端２ａ（杭頭４ａ）より下方向へ距離Ｌ２（＝３５ｍ）隔てた障害点２ｂで断線が発生しているものとする。すなわち、上記障害点２ｂにおける断線は、基礎杭４に対して引張荷重等が加えられた結果、障害点２ｂ近傍の基礎杭４部分に亀裂、ひび割れ、破損等が生じたことにより発生したものである。
【００４２】
この状態において、図３（ｂ）に示すパルス信号発生器１より、パルス信号Ｓｉ（図４（ｂ）参照）が導電性線材２の一端２ａへプローブを介して出力されると、パルス信号Ｓｉは、他端２ｃ方向へ向けて導電性線材２を伝搬する。そして、パルス信号Ｓｉの一部は、図４（ａ）に示す障害点２ｂにより反射され、反射信号Ｓｒｉ１（図２（ｂ）参照）として、一端２ａへ向けて伝搬する。一方、パルス信号Ｓｉの残りは、他端２ｃにより反射され、反射信号Ｓｒｉ２（図２（ｂ）参照）として一端２ａへ向けて伝搬する。
【００４３】
これにより、導電性線材２の一端２ａからは、反射信号Ｓｒｉ１と反射信号Ｓｒｉ２とが重畳された反射信号Ｓｒｉ３（図４（ｃ）参照）が出力される。なお、図４（ｃ）においては、反射信号Ｓｒｉ２に対応する部分の図示が省略されている。
そして、この反射信号Ｓｒｉ３は、オシロスコープ３に入力される。この結果、オシロスコープ３には、図４（ｃ）に示す反射信号Ｓｒｉ３の波形が表示される。この図において、部分Ｅは、図４（ｂ）に示す反射信号Ｓｒｉ１に対応する部分である。
【００４４】
次に、オシロスコープ３に内蔵されているＣＰＵ（図示略）は、図４（ｃ）に示すパルス信号Ｓｉと部分Ｅとの間の伝搬遅延時間ｔｄを求める。ここで、図４（ａ）に示す一端２ａから障害点２ｂまでの距離Ｌ２は、上記伝搬遅延時間をｔｄ、導電性線材２における反射信号Ｓｒｉ１の伝搬速度をｖｐ（≒光速ｃ）とすると次の（１）式で表される。
Ｌ２＝ｔｄ・ｖｐ／２ ・・・・・・・・・（１）
【００４５】
次いで、ＣＰＵは、上記（１）式に先ほど求めた伝搬遅延時間ｔｄ、および既値たる伝搬速度ｖｐを各々代入して、距離Ｌ２を求める。
これにより、図３（ｂ）に示す導電性線材２における障害点２ｂの位置が特定され、ひいては基礎杭４に発生している亀裂、ひび割れ、破損等の箇所が特定される。
【００４６】
また、図３（ｂ）に示すパルス信号発生器１より、ステップ状のパルス信号Ｓｓ（図４（ｄ）参照）が図４（ａ）に示す導電性線材２の一端２ａへプローブを介して出力されると、パルス信号Ｓｓの一部は、障害点２ｂにより反射され、反射信号Ｓｒｓ１として、一端２ａへ向けて伝搬する。一方、パルス信号Ｓｓの残りは、他端２ｃにより反射され、反射信号Ｓｒｓ２（図２（ｂ）参照）として一端２ａへ向けて伝搬する。
【００４７】
これにより、導電性線材２の一端２ａからは、上述した反射信号Ｓｒｓ１と反射信号Ｓｒｓ２とが重畳された、図４（ｅ）に示す反射信号Ｓｒｓ３が出力される。なお、図４（ｅ）においては、反射信号Ｓｒｓ２に対応する部分の図示が省略されている。
【００４８】
そして、この反射信号Ｓｒｓ３は、オシロスコープ３に入力される。この結果、オシロスコープ３には、図４（ｅ）に示す反射信号Ｓｒｓ３の波形が表示される。この図において、部分Ｆは、図４（ｄ）に示すパルス信号Ｓｓの立ち上がり部分に対応しており、部分Ｇは、反射信号Ｓｒｓ１に対応する部分である。
【００４９】
次いで、ＣＰＵは、図４（ｅ）に示す部分Ｆの立ち上がりから部分Ｇの立ち上がりまでの伝搬遅延時間ｔｄを求めた後、先に示した（１）式に該伝搬遅延時間ｔｄ、および既値たる伝搬速度ｖｐを各々代入して、距離Ｌ２（図４（ａ）参照）を求める。
【００５０】
次に、ＣＰＵは、図４（ｅ）に示す反射信号Ｓｒｓ３の波形から得られる電圧ＥｒおよびＥｉに基づいて、障害点２ｂの状態を次の手順で判定する。
すなわち、ここで、障害点２ｂにおける反射係数ρは、パルス信号Ｓｓ（入射波）の電圧をＥｉ（図４（ｅ）参照）、反射信号Ｓｒｓ１（反射波）の電圧をＥｒ（図４（ｅ）参照）、特性インピーダンスをＺｏ（図３（ｂ）参照）、障害点２ｂから他端２ｃ側をみた導電性線材２のインピーダンスをＺ１、障害点２ｂが存在しない場合において一端２ａから他端２ｃ側をみた導電性線材２のインピーダンスをＺ０とすると、次の（２）式で表される。
ρ＝Ｅｒ／Ｅｉ＝（Ｚ１−Ｚ０）／（Ｚ１＋Ｚ０）・・・・（２）
【００５１】
まず、ＣＰＵは、図４（ｅ）に示す反射信号Ｓｒｓ３における部分Ｆの立ち上がりの電圧Ｅｉ、および部分Ｇの立ち上がりの電圧Ｅｒを各々求める。次いで、ＣＰＵは、上記電圧Ｅｉおよび電圧Ｅｒを（２）式に代入して、反射係数ρを求める。ここで、電圧Ｅｉ＝電圧Ｅｒなる関係があるものとすると、反射係数ρは、１である。従って、（２）式においては、（Ｚ１−Ｚ０）／（Ｚ１＋Ｚ０）＝１なる関係が成立することから、ＣＰＵは、インピーダンスＺ１が無限大、すなわち、図３（ｂ）に示す障害点２ｂが完全に断線しているものと判定する。
【００５２】
一方、障害点２ｂが他の導体と短絡している場合や接地されている場合には、図４（ｅ）に示す電圧Ｅｒは、マイナス符号であってかつ電圧Ｅｉと同レベルとなる。従って、このような場合には、（２）式に示す反射係数ρは、−１とされ、ＣＰＵは、障害点２ｂが完全に短絡しているものと判定する。
【００５３】
さらに、図３（ｂ）に示す基礎杭４の障害点２ｂ近傍の部分にひび割れ、亀裂等が発生して、障害点２ｂにおいて断線が発生した直後においては、反射係数ρは、上述したように１をとる。すなわち、障害点２ｂは、空気中に存在しているのである。
【００５４】
そして、基礎杭４のひび割れ、亀裂部分に地下水が侵入して、障害点２ｂが地下水で満たされると、反射係数ρは、障害点２ｂのインピーダンスの変化に伴って１から−１へと徐々に変化する。この反射係数ρの変化により、ＣＰＵは、障害点２ｂが空気中にあるか、または地下水中にあるかを判定する。
言い換えれば、基礎杭４の施工後、反射係数ρの変化をモニタリングすることにより、基礎杭４のひび割れ部分、亀裂部分がどのような状態にあるのかを知ることができるのである。
【００５５】
また、上記反射係数ρの変化により、基礎杭４の損傷箇所の状態を判定する場合には、実験等により反射係数ρの変化と基礎杭４の損傷箇所の状態との関係を表すデータを図示しないメモリに記憶しておけばよい。
この場合、ＣＰＵは、実際に得られる反射係数ρをメモリに記憶されているデータに適用することにより、基礎杭４の損傷箇所の状態を判定する。
【００５６】
以上図面を参照して本発明の第１実施形態による構造部材のモニタリング装置について詳述してきたが、具体的な構成は、この第１実施形態に限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００５７】
例えば、上述した第１実施形態による構造部材のモニタリング装置においては、図３（ｂ）に示す導電性線材２の形状等について特に限定をしなかったが、導電性線材２としては、次に列挙するものを用いてもよい。
（ａ） 炭素の長繊維を束ねた炭素繊維束を中心導体として、その外周面を絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材料）で被覆したもの。
（ｂ） 絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材料）により被覆されたより線を中心導体とした単線状のもの。または、絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材料）により被覆された単線であって、導電性を有しかつ径が０．３ｍｍ以下の金属細線の単線。さらに、絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材料）により、幅小であって長手方向に延伸された帯状の金属箔が被覆されてなる導電性の箔材。
（ｃ） （ａ）項または（ｂ）項で述べた各単線を２本以上より合わせたもの（図５（ａ）参照）。このような導電性線材２を用いることにより、線間容量の影響を低減することができる。
【００５８】
（ｄ） （ａ）項または（ｂ）項で述べた各単線または箔材を中央部から各々折り曲げて、２つの端子を片側に集めたもの（図５（ｂ）参照）。ただし、この場合、一方の部分と他方の部分とは所定距離をおいて絶縁されるように近接配置されているものとする。
（ｅ） （ａ）項または（ｂ）項で述べた各単線を中央部から各々折り曲げた後、一方の単線部と他方の単線部とをより合わせたもの（図５（ｃ）参照）。
（ｆ） 図５（ａ）に示すより線状のものを複数、平行配置した後、これらを絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材料）により被覆した平行ケーブル状のもの。
（ｇ） 単数（または複数）の中心導体の外周面が誘電体材料で被覆されており、かつ該誘電体材料の外周面が外部導体でシールドされている同軸ケーブル状のもの（同軸シールド線または多軸シールド線を含む）。このような、導電性線材２を用いることにより、外部からの電磁場の影響が低減される。
【００５９】
また、上述した第１実施形態による構造部材のモニタリング装置においては、図３（ｂ）に示す導電性線材２の材料として、上述した（ｂ）〜（ｇ）において次に列挙するものを用いてもよい。
（イ） 銅などの導電性の金属
（ロ） 径が７ミクロン程度の細い繊維・炭素繊維をおおむね数千本単位で束ねた炭素繊維束。これを用いた場合には、径が極小であるため、特に高周波電流による表皮効果の影響が低減される。なお、上記炭素繊維の引張（破断）伸びは、０．４〜２．２％程度とされている。
（ハ） 炭素繊維（ＣＦ）等の補強材とエポキシ樹脂とからなる強化プラスチックス（ＲＰ）のうち、引抜き成形方法によりロッド状に加工されたもの（ＣＦＲＰ）。
（ニ） カーボン繊維（ＣＦ）とガラス繊維（ＧＦ）とがそれぞれ束ねられてなる繊維束等の補強材と、エポキシ、ビニルエステル等の樹脂とからなる強化プラスチックス（ＲＰ）の成形体（ＣＦＧＦＲＰ）。この成形体（ＣＦＧＦＲＰ）としては、棒状、矩形状、シート状、ネット状等の形状のものが用いられる。なお、成形体（ＣＦＧＦＲＰ）においては、ガラス繊維をセラミックス繊維やアラミド繊維に、さらにはセルロース樹脂に置き換えてもよい。
（ホ） 導電性粉末をプラスチックス材料中に分散させた後、硬化させることにより得られる導電性の高いプラスチックス成形体。ここで、上記導電性粉末としては、例えば、カーボンブラックや黒鉛等の炭素粉末、炭化チタンや窒化チタン等のセラミックス粉末が用いられる。
（ヘ） 導電性粉末をモルタル材料中に分散させた後、硬化させることにより得られる導電性のモルタル成形体。ここで、上記導電性粉末としては、上述した（ホ）項で述べた炭素粉末、セラミックス粉末等が用いられる。
【００６０】
以上説明したように、上述した第１実施形態による構造部材のモニタリング装置において（イ）項〜（ヘ）項で説明した種々の材料からなる様々な特性を有する導電性線材２を用いた場合には、引っ張り側における基礎杭４（導電性線材２）の破断のみならず、曲げや圧縮側における基礎杭４の損傷状態をも判定することができる。従って、（イ）項〜（ヘ）項で説明した導電性線材２を用いた場合には、目的に合わせて導電性線材２の種類を適宜選択することにより、基礎杭４の損傷状態をきめ細かくモニタリングすることができる。
【００６１】
加えて、上述した第１実施形態による構造部材のモニタリング装置においては、導電性線材２として、例えば、１０００本の炭素繊維束と、３０００本の炭素繊維束と、６０００本の炭素繊維束とを直列に配置した後、これらを束ねて１本としたものを用いてもよい。すなわち、このような導電性線材２は、部分によって機械的強度が異なるという特性を有している。
【００６２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成について図６を参照して説明する。この図において、図３（ｂ）の各部に対応する部分には、同一の符号を付ける。図６においては、図３（ａ）に示すオシロスコープ３および導電性線材２に代えてオシロスコープ２０および導電性線材２１、２２が設けられている。
【００６３】
オシロスコープ２０は、２つの波形を同時に表示する、いわゆる２現象式のものであり、第１現象の信号を入力するための入力端子２０ａおよび第２現象の信号を入力するための入力端子２０ｂを各々有している。また、このオシロスコープ２０には、図示しないＣＰＵが内蔵されており、このＣＰＵは、図１に示すオシロスコープ３に内蔵されているＣＰＵと同様にして、各種演算を行う。
【００６４】
導電性線材２１は、導電性線材２（図３（ａ）参照）と同一構成とされており、基礎杭４の杭頭４ａから杭先端部４ｂに至って基礎杭４の内部に埋め込まれている。この導電性線材２１の一端２１ａは、プローブを介して信号発生器１およびオシロスコープ２０の入力端子２０ａに接続されている。
【００６５】
導電性線材２２は、導電性線材２１に対して一定間隔をおいて平行配置されており、基礎杭４の杭頭４ａから杭先端部４ｂに至って基礎杭４の内部に埋め込まれている。導電性線材２２の一端２２ａは、オシロスコープ２０の入力端子２０ｂに接続されている。
【００６６】
上記構成において、今、導電性線材２１と導電性線材２２とが短絡しておらず、かつ導電性線材２１において基礎杭４の損傷等による障害点２１ｂが存在しているものとする。この状態において、信号発生器１より、パルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓが出力されると、第１実施形態において説明した動作と同様にして、オシロスコープ２０の入力端子２０ａには、反射信号Ｓｒｉ３または反射信号Ｓｒｓ３が入力される。このとき、オシロスコープ２０の入力端子２０ｂには、いずれの信号も入力されない。
【００６７】
これにより、オシロスコープ２０のＣＰＵは、前述した動作と同様にして、障害点２１ｂの位置を特定するとともに、（２）式を用いて反射係数ρを求めた後、障害点２１ｂの状態、すなわち基礎杭４の損傷状態を判定する。
【００６８】
一方、今、基礎杭４に多大なる損傷が発生したか、または基礎杭４にひび割れ等が発生して、同図に示す障害点Ｈにおいて導電性線材２１と導電性線材２２とが短絡しているものとする。ここで、上記短絡とは、物理的な接触はもとより、インピーダンスの不整合が生じていることをいう。従って、導電性線材２１と導電性線材２２とが物理的に接触していない場合であっても、インピーダンスの不整合が発生しているときには、電磁誘導作用により、導電性線材２１と導電性線材２２とが電気的に結合される。以下、短絡の定義については、同様とする。
この状態において、信号発生器１よりパルス信号Ｓｉが出力されると、パルス信号Ｓｉは、導電性線材２１の一端２１ａから他端２１ｃへ向けて伝搬する。そして、パルス信号Ｓｉの一部は、障害点Ｈにより反射され、反射信号Ｓｒｉ１（図２（ｂ）参照）として、一端２１ａへ向けて伝搬するとともに、導電性線材２２の一端２２ａへ向けて伝搬する。
【００６９】
これにより、導電性線材２２の一端２１ａからは、反射信号Ｓｒｉ３がオシロスコープ２０の入力端子２０ａへ出力されるとともに、導電性線材２２の一端２２ａからは、反射信号Ｓｒｉ３’が、オシロスコープ２０の入力端子２０ｂへ出力される。
【００７０】
この結果、オシロスコープ２０には、反射信号Ｓｒｉ３および反射信号Ｓｒｉ３’の各波形が表示される。
また、オシロスコープ２０のＣＰＵは、上述した動作と同様にして、障害点Ｈの位置を特定するとともに、反射信号Ｓｒｉ３’が入力されていることから、障害点Ｈにおいて短絡（インピーダンスの不整合）が発生しているものと判定する。
【００７１】
一方、パルス信号発生器１より、ステップ状のパルス信号Ｓｓ（図４（ｄ）参照）が導電性線材２１の一端２１ａへプローブを介して出力されると、パルス信号Ｓｓの一部は、障害点Ｈにより反射される。これにより、入力端子２０ａおよび入力端子２０ｂには、反射信号Ｓｒｓ３および反射信号Ｓｒｓ３’が各々入力され、オシロスコープ２０には、上記反射信号Ｓｒｓ３および反射信号Ｓｒｓ３’の各波形が表示される。
【００７２】
次いで、ＣＰＵは、反射信号Ｓｒｓ３より得られる電圧Ｅｉおよび電圧Ｅｒ（図４（ｅ）参照）および（２）式に基づいて、前述した手順により反射係数ρを求めるとともに、障害点Ｈの位置を特定する。ここで、今の場合、障害点Ｈにおいて短絡（インピーダンスの不整合）が発生しているため、上記電圧Ｅｒの符号は、マイナスである。従って、反射係数ρは、−１である。
【００７３】
なお、上述した第２実施形態による構造部材のモニタリング装置においては、平行配置された導電性線材２１および導電性線材２２を用いた例について説明したが、これら導電性線材２１、２２に代えて、前述した（ｇ）項において説明した同軸状のものを用いてもよい。すなわち、この場合には、中心導体を導電性線材２１（または導電性線材２２）と見なすとともに、外部導体を導電性線材２２（または導電性線材２１）と見なすことができる。
【００７４】
なお、上述した第２実施形態による構造部材のモニタリング装置においては、図６に示す導電性線材２１および導電性線材２２という、いわゆる平行ケーブル状のものを用いた例について説明した。
しかしながら、上記導電性線材２１および導電性線材２２は、共に引張（破断）伸びが等しいものを用いてもよいが、引張（破断）伸びが異なるものを用いてもよい。
【００７５】
すなわち、この場合には、導電性線材２１として、引張（破断）伸びが例えば０．５％のものを用いる一方、導電性線材２２として引張（破断）伸びが例えば１．２％のものを用いればよい。従って、これら導電性線材２１および導電性線材２２を用いた場合においては、引張（破断）伸びが小さい導電性線材２１が導電性線材２２より先に損傷を受けるため、基礎杭４が受けた損傷の程度を細かく判定することができる。
【００７６】
また、一般に導電性線材２１等の引張（破断）伸びは、原料（ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ系）およびピッチ系）、製造工程により調整することができ、例えば、０．４％〜２．２％の範囲とされている。従って、引張（破断）伸びが異なるものを用いる場合には、想定される基礎杭４の損傷状況、損傷の判定精度に応じて、導電性線材２１および導電性線材２２の各引張（破断）伸びを上記範囲内において選定すればよい。
【００７７】
さらに、上述した異なる引張（破断）伸びの特性を有する材質のものを用いる方法は、前述した（ｇ）項で説明した同軸ケーブル状のものにも適用可能である。この場合には、中心導体と外部導体との各引張（破断）伸びが異なるようにすればよい。
【００７８】
加えて、上述した第２実施形態による構造部材のモニタリング装置においては、導電性線材２１および導電性線材２２として次のものを用いてもよい。
まず、導電性線材２１（または導電性線材２２）としては、次に列挙する（２１ａ）項〜（２１ｃ）項のうちいずれかのものを用いてもよい。
（２１ａ） 絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材料）により被覆されたより線（例えば、銅のより線）を中心導体とした単線状のもの。
（２１ｂ） 絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材料）により被覆された単線であって、導電性を有しかつ径が０．３ｍｍ以下の金属細線の単線。
（２１ｃ） 絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材料）により、幅小であって長手方向に延伸された帯状の金属箔（例えば、銅箔）が被覆されてなる導電性の箔材。
【００７９】
次に、導電性線材２２（または導電性線材２１）としては、次に列挙する（２２ａ）項〜（２２ｅ）項のうちいずれかのものを用いてもよい。
（２２ａ） 炭素の長繊維が束ねられてなる炭素繊維束を中心導体として絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材料）で被覆したもの。
（２２ｂ） 炭素繊維（ＣＦ）等の補強材とエポキシ樹脂とからなる強化プラスチックス（ＲＰ）のうち、引抜き成形方法によりロッド状に加工されたもの（ＣＦＲＰ）。
（２２ｃ） カーボン繊維（ＣＦ）とガラス繊維（ＧＦ）とがそれぞれ束ねられてなる繊維束等の補強材と、エポキシ、ビニルエステル等の樹脂とからなる強化プラスチックス（ＲＰ）の成形体（ＣＦＧＦＲＰ）。この成形体（ＣＦＧＦＲＰ）としては、棒状、矩形状、シート状、ネット状等の形状のものが用いられる。なお、成形体（ＣＦＧＦＲＰ）においては、ガラス繊維をセラミックス繊維やアラミド繊維に、さらにはセルロース樹脂に置き換えてもよい。
（２２ｄ） 導電性粉末をプラスチックス材料中に分散させた後、硬化させることにより得られる導電性の高いプラスチックス成形体。ここで、上記導電性粉末としては、例えば、カーボンブラックや黒鉛等の炭素粉末、炭化チタンや窒化チタン等のセラミックス粉末が用いられる。
（２２ｅ） 導電性粉末をモルタル材料中に分散させた後、硬化させることにより得られる導電性のモルタル成形体。ここで、上記導電性粉末としては、上述した（２２ｄ）項で述べた炭素粉末、セラミックス粉末等が用いられる。
【００８０】
以上説明したように、上述した第２実施形態による構造部材のモニタリング装置において（２１ａ）項〜（２１ｃ）項で説明した導電性線材２１と、（２２ａ）項〜（２２ｅ）項で説明した導電性線材２１を用いた場合には、導電性線材２１の価格が導電性線材２２に比して安いため、一般にはコストを下げることができる。
【００８１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成について図７を参照して説明する。この図において図６の各部に対応する部分には、同一の符号を付けその説明を省略する。図７においては、図６に示す導電性線材２１および導電性線材２２に代えて、導電性線材２３が設けられている。
【００８２】
上記導電性線材２３は、上述した図５（ｂ）に示すようにその中央部が折曲げられており、基本的な構成が導電性線材２（図３（ｂ）参照）と同一とされている。また、導電性線材２３の一端２３ａは、プローブを介して信号発生器１およびオシロスコープ２０の入力端子２０ａに接続されており、他端２３ｃは、オシロスコープ２０の入力端子２０ｂに接続されている。
【００８３】
上記構成において、今、基礎杭４（導電性線材２３）に損傷等が発生していないものとする。この状態において、信号発生器１よりパルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓが出力されると、該パルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓは、導電性線材２３を伝搬した後、オシロスコープ２０の入力端子２０ｂに入力される。一方、入力端子２０ａにも、パルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓが入力される。
【００８４】
これにより、オシロスコープ２０には、同一波形たるパルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓが２現象分表示される。この結果、ＣＰＵは、同一波形がわずかな時間遅れをもってオシロスコープ２０に表示されているため、基礎杭４（導電性線材２）に損傷等が発生していないものと判定する。
【００８５】
一方、今、導電性線材２３において、基礎杭４の損傷により障害点２３ｂが存在しているものとする。この状態において、信号発生器１よりパルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓが出力されると、該パルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓは、導電性線材２３の一端２３ａから他端２３ｃへ向けて伝搬する。そして、パルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓの一部は、障害点２３ｂにより、反射信号Ｓｒｉ１または反射信号Ｓｒｓ１としてオシロスコープ２０の入力端子２０ａに入力される。
【００８６】
他方、パルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓの残りは、導電性線材２３の障害点２３ｂを透過して、透過信号Ｓｔｉ１または透過信号Ｓｔｓ１として、導電性線材２３を介してオシロスコープ２０の入力端子２０ｂに入力される。
【００８７】
この結果、オシロスコープ２０には、反射信号Ｓｒｉ１または反射信号Ｓｒｓ１、および透過信号Ｓｔｉ１または透過信号Ｓｔｓ１の各波形が表示される。これにより、ＣＰＵは、反射信号Ｓｒｉ１（または反射信号Ｓｒｓ１）と透過信号Ｓｔｉ１（または透過信号Ｓｔｓ１）とのレベル比より、障害点２３ｂ（基礎杭４）の状態を判定する。
【００８８】
すなわち、ＣＰＵは、透過信号Ｓｔｉ１（または透過信号Ｓｔｓ１）がゼロである場合、障害点２３ｂが完全に断線しているものと判定する。一方、ＣＰＵは、反射信号Ｓｒｉ１（または反射信号Ｓｒｓ１）のレベルが、透過信号Ｓｔｉ１（または透過信号Ｓｔｓ１）のレベルより大きい場合、障害点２３ｂの損傷等が大きいものと判定し、他方、この逆の場合、障害点２３ｂの損傷が小さいものと判定する。
【００８９】
なお、上述した第３実施形態による構造部材のモニタリング装置においては、１本の導電性線材２３を折曲げて用いる例について説明したが、この導電性線材２３に代えて、前述した（ｇ）項において説明した同軸状のものを用いてもよい。すなわち、この場合には、中心導体の一端を一端２３ａと見なすとともに、外部導体の一端を他端２３ｃと見なすことができる。また、この場合には、杭先端部４ｂ側において中心導体の他端と外部導体の他端とを短絡する必要がある。
【００９０】
以上説明したように、上述した第１〜第３実施形態による構造部材のモニタリング装置によれば、基礎杭４が弾性ひずみの範囲内で引張荷重等を受けた後、元の状態に戻ったとしても、上記弾性ひずみを受けた時点で導電性線材２の炭素繊維束の一部に破断が生じる。従って、第１〜第３実施形態による構造部材のモニタリング装置によれば、上述した場合であっても、過去の基礎杭４に対して引張荷重等が加えられたということを判定することができるという効果が得られる。言い換えれば、第１〜第３実施形態による構造部材のモニタリング装置によれば、基礎杭４の損傷状況を連続的にモニタリングすることができるという効果が得られる。
【００９１】
また、第１〜第３実施形態による構造部材のモニタリング装置によれば、センサとして従来の光ファイバに代えて、導電性線材２を用いているため、基礎杭４がコンクリートである場合であっても、耐久性が向上するという効果が得られる。
また、第１〜第３実施形態による構造部材のモニタリング装置によれば、従来のもののように、導電性線材の中間点に複数の端子を設けることなく、低コストでかつ簡易な構成で基礎杭４の損傷箇所を特定することができるという効果が得られる。
【００９２】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成について図８を参照して説明する。この図において、図３（ｂ）の各部に対応する部分には同一の符号を付けその説明を省略する。図８においては、図３（ｂ）に示す信号発生器１およびオシロスコープ３に代えて、ネットワークアナライザ３０、パワースプリッタ３１および方向性結合器３２が設けられている。以下に説明する第４実施形態による構造部材のモニタリング装置の測定原理は、ＶＮＡ（Ｖｅｃｔｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｎａｌｙｓｅｒ）測定方法に基づくものである。
【００９３】
図８において、ネットワークアナライザ３０は、５Ｈｚ〜数十ＧＨｚの信号解析が可能な測定機器であり、後述する高周波信号Ｓｈを出力するとともに、入力される高周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒに基づいて、導電性線材２（基礎杭４）の状態を判定する機能等を有している。具体的には、ネットワークアナライザ３０は、高周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒの位相特性および周波数領域における振幅特性を求め、これらに基づいて、伝送路の損失や信号の伝搬遅延時間等をさらに求める等の機能を有している。
【００９４】
このネットワークアナライザ３０は、１つの出力端子３０ａ、３つの入力端子３０ｂ、３０ｃおよび３０ｄを有している。上記出力端子３０ａからは、高周波信号Ｓｈが出力される。また、入力端子３０ｂおよび３０ｃには、高周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒが各々入力される。なお、この第４実施形態において、ネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｄには、いずれも信号も入力されない。また、ネットワークアナライザ３０の動作の詳細については、後述する。
【００９５】
パワースプリッタ３１は、入力される高周波信号Ｓｈを高周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２とに分流するものであり、分流抵抗Ｒ１およびＲ２から構成されている。すなわち、分流抵抗Ｒ１およびＲ２の各一端は、ネットワークアナライザ３０の出力端子３０ａに接続されており、分流抵抗Ｒ１の他端は、ネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｂに接続されている。
【００９６】
方向性結合器３２は、端子３２ａ、３２ｂおよび３２ｃを有しており、端子３２ａに入力される高周波信号Ｓｈ２を端子３２ｂから出力するとともに、端子３２ｂに入力される反射信号Ｓｒを端子３２ｃから出力する。ここで、方向性結合器３２の端子３２ａは、分流抵抗Ｒ２の他端に接続されており、端子３２ｃは、導電性線材２の一端２ａに接続されている。また、方向性結合器３２の端子３２ｃは、ネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｃに接続されている。
【００９７】
次に、上述した第４実施形態による構造部材のモニタリング装置の動作について説明する。
図８において、今、導電性線材２の途中に障害点２ｂが存在しているものとする。この状態において、ネットワークアナライザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈが出力されると、該高周波信号Ｓｈは、パワースプリッタ３１により高周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２とに分流され、このうち高周波信号Ｓｈ１は、ネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｂに入力される。ここで、上記高周波信号Ｓｈ２は、パルス状またはステップ状のものである。
【００９８】
一方、高周波信号Ｓｈ２は、パワースプリッタ３１の分流抵抗Ｒ２、方向性結合器３２を介して、導電性線材２の一端２ａへ入力される。さらに、高周波信号Ｓｈ２は、障害点２ｂにより反射されて、反射信号Ｓｒとして、一端２ａ方向へ伝搬する。そして、この反射信号Ｓｒは、方向性結合器３２を介して、ネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｃに入力される。
【００９９】
これにより、ネットワークアナライザ３０は、入力された高周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒの位相特性および周波数領域における振幅特性を求める。次いで、ネットワークアナライザ３０は、上記位相特性および振幅特性の各情報に対して、逆フーリエ変換を行い、図４（ｃ）または図４（ｅ）に示す反射信号Ｓｒｉ３または反射信号Ｓｒｓ３と同様な時間軸の波形を得る。
【０１００】
すなわち、ネットワークアナライザ３０は、高周波信号Ｓｈがパルス状のものであるとき、図４（ｃ）に示す波形と同様のものを得た後、該波形より伝搬遅延時間ｔｄを求める。次いで、ネットワークアナライザ３０は、上記伝搬遅延時間ｔｄと前述した（１）式とから、図８に示す導電性線材２の一端２ａから障害点２ｂまでの距離Ｌ２を求めることにより、障害点２ｂの位置を特定する。
【０１０１】
一方、ネットワークアナライザ３０は、高周波信号Ｓｈがステップ状のものであるとき、図４（ｅ）に示す波形と同様のものを得た後、該波形より伝搬遅延時間ｔｄを求めた後、さらに上述した動作と同様にして、障害点２ｂの位置を特定する。
次いで、ネットワークアナライザ３０は、図４（ｅ）に示す波形と同様のものから、電圧Ｅｉおよび電圧Ｅｒを求めた後、前述した（２）式より反射係数ρを求める。そして、ネットワークアナライザ３０は、前述した手順と同様にして、反射係数ρから障害点２ｂ（基礎杭４）の損傷状態を判定する。
【０１０２】
また、ネットワークアナライザ３０は、上述した逆フーリエ変換を行うとき、ノイズ成分をカットしたものに対して逆フーリエ変換を行う。これにより、逆フーリエ変換された結果は、ノイズによる影響を受けないものとなる。
【０１０３】
ここで、ネットワークアナライザ３０の分解能について説明する。ネットワークアナライザ３０の分解能は、高周波信号Ｓｈの周波数に比例して向上する。例えば、高周波信号Ｓｈの周波数を１１０ＧＨｚとした場合には、導電性線材２を覆う被覆材の影響を受けて、２．７ｍｍ（１波長）の６０％〜９０％が分解能となる。
【０１０４】
なお、上述した第４実施形態による構造部材のモニタリング装置においては、導電性線材２として、前述した（ａ）項、（ｂ）項および（ｃ）項において説明したより線等を用いてもよい。この場合には、高周波における表皮効果が低減される。
【０１０５】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態による構造部材のモニタリング装置について図９を参照して説明する。この図において、図８の各部に対応する部分には、同一の符号を付けその説明を省略する。図９においては、図８に示す方向性結合器３２、導電性線材２に代えて、スイッチ３３、方向性結合器３４、方向性結合器３５および導電性線材２３が設けられている。
【０１０６】
スイッチ３３は、高周波信号Ｓｈ２を方向性結合器３４または方向性結合器３５のいずれかへ出力するための切り替えスイッチである。このスイッチ３３の可動片３３ｅおよび可動片３３ｆは、図示しない制御装置または手動によって、端子３３ｂおよび端子３３ｄ側、または端子３３ａ側および端子３３ｃ側のいずれかに切り換えられる。また、端子３３ｂおよび端子３３ｃは、パワースプリッタ３１の分流抵抗Ｒ２の他端に接続されている。
【０１０７】
方向性結合器３４は、図８に示す方向性結合器３２と同一構成とされており、その端子３４ａが可動片３３ｅに、その端子３４ｂが導電性線材２３の一端２３ａに、その端子３４ｃがネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｃに各々接続されている。この方向性結合器３４は、端子３４ａに入力される高周波信号Ｓｈ２を端子３４ｂへ出力するとともに、端子３４ｂに入力される反射信号Ｓｒ（または透過信号Ｓｔ）を端子３４ｃへ出力するという機能を有している。
【０１０８】
導電性線材２３は、図７に示すものと同一構成とされており、その中央部から折り曲げられている。方向性結合器３５は、方向性結合器３４と同一構成とされており、その端子３５ａが可動片３３ｆに、その端子３５ｂが導電性線材２３の他端２３ｃに、その端子３５ｃがネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｄに各々接続されている。
【０１０９】
上記方向性結合器３５は、端子３５ａに入力される高周波信号Ｓｈ２を端子３５ｂへ出力するとともに、端子３５ｂに入力される透過信号Ｓｔ（または反射信号Ｓｒ）を端子３５ｃへ出力するという機能を有している。
【０１１０】
次に、上述した第５実施形態による構造部材のモニタリング装置の動作について説明する。
図９において、今、導電性線材２３に障害点２３ｂが存在しており、かつスイッチ３３の可動片３３ｅおよび可動片３３ｆが端子３３ｂ側および端子３３ｄ側に各々切り換えられているものとする。
【０１１１】
この状態において、ネットワークアナライザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈが出力されると、該高周波信号Ｓｈは、前述した動作と同様にして、パワースプリッタ３１により高周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２とに分流される。そして、高周波信号Ｓｈ１がネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｂに入力される一方、高周波信号Ｓｈ２は、分流抵抗Ｒ２、スイッチ３３および方向性結合器３４を介して、導電性線材２３の一端２３ａに入力された後、導電性線材２３を伝搬する。
【０１１２】
そして、高周波信号Ｓｈ２の一部は、障害点２３ｂにより反射されて、反射信号Ｓｒとして、方向性結合器３４を介してネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｃに入力される。
一方、高周波信号Ｓｈ２の残りは、障害点２３ｂを透過して透過信号Ｓｔとして方向性結合器３５を介してネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｄに入力される。
【０１１３】
これにより、ネットワークアナライザ３０は、前述した第４実施形態による構造部材のモニタリング装置の動作と同様にして、高周波信号Ｓｈ１、反射信号Ｓｒおよび透過信号Ｓｔの各位相特性および振幅特性を得る。次に、ネットワークアナライザ３０は、高周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒの位相特性および振幅特性に対して逆フーリエ変換を行い、図４（ｃ）または図４（ｅ）に示すものと同様の波形から、前述した動作と同様にして、伝搬遅延時間ｔｄを求め、これに基づいて、図９に示す導電性線材２３の一端２３ａから障害点２３ｂまでの距離を求める。
【０１１４】
また、ネットワークアナライザ３０は、反射信号Ｓｒと透過信号Ｓｔとのレベル比より、障害点２３ｂ（基礎杭４）の状態を判定する。
【０１１５】
すなわち、ＣＰＵは、透過信号Ｓｔのレベルがゼロである場合、障害点２３ｂが完全に断線しているものと判定する。一方、ネットワークアナライザ３０は、反射信号Ｓｒのレベルが、透過信号Ｓｔのレベルより大きい場合、障害点２３ｂの損傷等が大きいものと判定し、他方、この逆の場合、障害点２３ｂの損傷が小さいものと判定する。
【０１１６】
また、今、スイッチ３３の可動片３３ｅおよび可動片３３ｆが、制御装置または手動により、同図に示す状態から、端子３３ａおよび端子３３ｃ側に切り替えられたものとする。
この状態において、ネットワークアナライザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈが出力されると、該高周波信号Ｓｈは上述した動作と同様にして、パワースプリッタ３１により高周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２とに分流される。そして、上記高周波信号Ｓｈ２は、分流抵抗Ｒ２、スイッチ３３および方向性結合器３５を介して、導電性線材２３の他端２３ｃに入力された後、導電性線材２３を伝搬する。
【０１１７】
そして、高周波信号Ｓｈ２の一部は、障害点２３ｂにより反射されて、反射信号Ｓｒとして、方向性結合器３５を介してネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｄに入力される。
一方、高周波信号Ｓｈ２の残りは、障害点２３ｂを透過して透過信号Ｓｔとして方向性結合器３４を介してネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｃに入力される。
これにより、ネットワークアナライザ３０は、上述した動作と同様にして、他端２３ｃから障害点２３ｂまでの距離を求めるとともに、障害点２３ｂ（基礎杭４）の状態を判定する。
【０１１８】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成について図１０を参照して説明する。この図において、図８の各部に対応する部分には、同一の符号を付ける。図１０においては、図８に示す方向性結合器３２が設けられておらず、かつ図８に示す導電性線材２に代えて、導電性線材２１および導電性線材２２が設けられている。
【０１１９】
すなわち、図１０に示すパワースプリッタ３１の分流抵抗Ｒ２の他端は、導電性線材２１の一端２１ａに接続されている。導電性線材２１および導電性線材２２は、図６に示すものと同一構成とされており、一定間隔をおいて基礎杭４内部に平行配置されている。導電性線材２２の一端２２ａは、ネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｃに接続されている。
【０１２０】
次に、上述した第６実施形態による構造部材のモニタリング装置の動作について説明する。
今、導電性線材２１と導電性線材２２との間に短絡（インピーダンスの不整合）が生じておらず、かつ導電性線材２１において基礎杭４の損傷等による障害点２１ｂが存在しているものとする。この状態において、ネットワークアナライザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈが出力されると、該高周波信号Ｓｈは、パワースプリッタ３１により高周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２とに分流される。そして、上記高周波信号Ｓｈ１がネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｂに入力される一方、高周波信号Ｓｈ２は、導電性線材２１の一端２１ａに入力された後、導電性線材２１を伝搬する。
【０１２１】
そして、高周波信号Ｓｈ２の一部は、導電性線材２１の障害点２１ｂにより反射され、反射信号Ｓｒとしてパワースプリッタ３１を介してネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｂに入力される。これにより、ネットワークアナライザ３０は、第５実施形態による構造部材のモニタリング装置の動作と同様にして、高周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒの位相特性および振幅特性を求めた後、これらの情報に対して逆フーリエ変換を行い、時間軸の波形を得る。次いで、ネットワークアナライザ３０は、上記波形より伝搬遅延時間ｔｄ（図４（ｃ）、（ｅ）参照）を求め、上記伝搬遅延時間ｔｄから、一端２１ａから障害点２１ｂまでの距離を求める。
【０１２２】
一方、今、基礎杭４に多大なる損傷が発生したか、または基礎杭４にひび割れ等が発生して、同図に示す障害点Ｈにおいて導電性線材２１と導電性線材２２との間に短絡（インピーダンスの不整合）が生じているものとする。
この状態において、ネットワークアナライザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈが出力されると、上述した動作を経て高周波信号Ｓｈ２の一部は、障害点Ｈにより反射され、反射信号Ｓｒとして、一端２ａへ向けて伝搬する。これと同時に、高周波信号Ｓｈ２の残りは、反射信号Ｓｒ’として導電性線材２２の一端２２ａへ向けて伝搬する。
【０１２３】
これにより、導電性線材２２の一端２１ａからは、パワースプリッタ３１を介して反射信号Ｓｒがネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｂへ出力されるとともに、同一端２２ａからは、ネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｃへ反射信号Ｓｒ’が出力される。
【０１２４】
これにより、ネットワークアナライザ３０は、上述した動作と同様にして、反射信号Ｓｒおよび反射信号Ｓｒ’の波形を得た後、該波形に基づいて、障害点Ｈの位置を特定するとともに、反射信号Ｓｒ’が入力されていることから、障害点Ｈにおいて短絡（インピーダンスの不整合）が発生しているものと判定する。なお、障害点Ｈを特定する手順は、前述した第２実施形態による構造部材のモニタリング装置における手順と同様である。
【０１２５】
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成について図１１を参照して説明する。この図において、図１０の各部に対応する部分には同一の符号を付けその説明を省略する。図１１においては、図１０に示すパワースプリッタ３１に代えて、方向性結合器３６が設けられている。
【０１２６】
方向性結合器３６は、端子３６ａ、３６ｂおよび３６ｃを有しており、端子３６ａに入力される高周波信号Ｓｈを、高周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２とに分岐するという機能を有している。すなわち、方向性結合器３６は、高周波信号Ｓｈ１を端子３６ｃから出力するとともに、高周波信号Ｓｈ２を端子３６ｂから出力する。また、方向性結合器３６の端子３６ａは、ネットワークアナライザ３０の出力端子３０ａに接続されており、端子３６ｂは、導電性線材２１の一端２１ａに接続されており、端子３６ｃは、ネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｂに接続されている。
【０１２７】
次に、上述した第７実施形態による構造部材のモニタリング装置の動作について説明する。
図１１において、今、基礎杭４に多大なる損傷が発生したか、または基礎杭４にひび割れ等が発生して、同図に示す障害点Ｈにおいて導電性線材２１と導電性線材２２との間に短絡（インピーダンスの不整合）が生じているものとする。
【０１２８】
この状態において、ネットワークアナライザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈが出力されると、該高周波信号Ｓｈは、方向性結合器３６により高周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２とに分岐される。そして、高周波信号Ｓｈ１がネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｂに入力されるとともに、高周波信号Ｓｈ２は、導電性線材２１の一端２１ａに入力された後、導電性線材２１を伝搬する。
【０１２９】
そして、高周波信号Ｓｈ２は、障害点Ｈにおいて反射され、反射信号Ｓｒとして導電性線材２２を伝搬した後、ネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｄに入力される。
これにより、ネットワークアナライザ３０は、上述した動作と同様にして、高周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒの波形を得た後、該波形に基づいて、障害点Ｈの位置を特定するとともに、反射信号Ｓｒが入力されていることから、障害点Ｈにおいて短絡（インピーダンスの不整合）が発生しているものと判定する。なお、障害点Ｈを特定する手順は、前述した第２実施形態による構造部材のモニタリング装置における手順と同様である。
【０１３０】
以上説明したように、上述した第４〜第７実施形態による構造部材のモニタリング装置によれば、信号として高周波信号Ｓｈを用いているので、第１〜第３実施形態による構造部材のモニタリング装置の効果に加えて、モニタリングの精度を向上させることができるという効果が得られる。
【０１３１】
以上、本発明の第１〜第７実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれら第１〜第７実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、第１〜第７実施形態においては、基礎杭４に対してモニタリングを行う例について説明したが、これに限定されることなく、モニタリングの対象は、構造部材であればいかなるものであってもよい。一例としては、鉄筋コンクリート構造物、鉄筋造等が挙げられる。なお、鉄筋造をモニタリングの対象とする場合には、導電性線材２等を接着材等を用いて確実に固定するとともに、養生を行うことが必要である。以下、具体例について説明する。
【０１３２】
図１２は、導電性線材５０の構成およびその配設状態を示す一部裁断側断面図である。この図において、５１は、コンクリート等から構成された構造物であり、柱５１ａ、５１ｂ、５１ｃおよび５１ｄと梁５１ｅ、５１ｆおよび５１ｇとが直交されてなる。導電性線材５０は、前述した導電性線材２、２１、２２または２３と同一構成とされており、柱５１ｂ、梁５１ｆおよび柱５１ｄの各表面に接着されている。
【０１３３】
５２ａおよび５２ｂは、柱５１ｂおよび５１ｄの側面に各々取り付けられた端子であり、端子５２ａおよび５２ｂには、導電性線材５０の各端部が接続されている。なお、第１実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子５２ａ（または端子５２ｂ）には、図１および図３に示すパルス信号発生器１のプローブおよびオシロスコープ３が接続される。また、第３実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子５２ａには図７に示すパルス信号発生器１のプローブおよびオシロスコープ２０の入力端子２０ａが接続され、端子５２ｂには図７に示すオシロスコープ２０の入力端子２０ｂが接続される。
【０１３４】
さらに、第４実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子５２ａ（または端子５２ｂ）には図８に示す方向性結合器３２の端子３２ｂが接続される。加えて、第５実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子５２ａには図９に示す方向性結合器３４の端子３４ｂが接続され、端子５２ｂには図９に示す方向性結合器３５の端子３５ｂが接続される。
【０１３５】
上記構成において、構造物５１に荷重が作用して、構造物５１に変形が生じることにより断面積が増加すると、導電性線材５０に引っ張り力が作用し、導電性線材５０の抵抗値が変化する。これにより、前述した手法により構造物５１の損傷状況等が検知される。
このように、導電性線材５０を用いた場合には、構造物５１における広い範囲に亙って構造物５１の表面の損傷状況（ひび割れ、剥離）等をモニタリングすることができる。
また、近時においては、炭素繊維シートを既存の構造物および構造部材に接着することによる耐震補強が行われている。従って、図１２を参照して説明した手法は、上記炭素繊維シートの性能保証や性能確認をモニタリングする手法として非常に有効である。
【０１３６】
なお、第２、第６および第７実施形態による構造部材のモニタリング装置においては、図１２に示す導電性線材５０を２本使用し、２本の導電性線材５０を平行配置すればよい。
【０１３７】
図１３は、導電性線材６０の構成およびその配設状態を示す一部裁断側面図である。この図において、６１は、コンクリート等から構成された構造物であり、柱６１ａ、６１ｂと梁６１ｃ、６１ｄとが直交されてなる。導電性線材６０は、前述した導電性線材２、２１、２２または２３と同一構成とされている。この導電性線材６０は、柱６１ａおよび柱６１ｂの外周面に沿って巻回されている。
【０１３８】
端子６２ａおよび６２ｂは、柱６１ｂの側面に各々取り付けられている。なお、第１実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子６２ａ（または端子６２ｂ）には、図１および図３に示すパルス信号発生器１のプローブおよびオシロスコープ３が接続される。また、第３実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子６２ａには図７に示すパルス信号発生器１のプローブおよびオシロスコープ２０の入力端子２０ａが接続され、端子６２ｂには図７に示すオシロスコープ２０の入力端子２０ｂが接続される。
【０１３９】
さらに、第４実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子６２ａ（または端子６２ｂ）には図８に示す方向性結合器３２の端子３２ｂが接続される。加えて、第５実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子６２ａには図９に示す方向性結合器３４の端子３４ｂが接続され、端子６２ｂには図９に示す方向性結合器３５の端子３５ｂが接続される。
【０１４０】
６３ａは、導電性線材６０の一端部６０ａと端子６２ａとの間を接続するリード線であり、６３ｂは、導電性線材６０の他端部６０ｂと端子６２ｂとの間を接続するリード線である。
【０１４１】
上記構成において、構造物６１に荷重が作用して、構造物６１の柱６１ａまたは柱６１ｂに変形が生じることにより断面積が増加すると、導電性線材６０に引っ張り力が作用し、導電性線材６０の抵抗値が変化する。これにより、前述した手法により構造物６１の表面の損傷状況（ひび割れ、剥離）等がモニタリングされる。
このように、導電性線材６０を用いた場合には、構造物６１における広い範囲に亙って構造物６１の損傷状況等をモニタリングすることができる。
【０１４２】
なお、第２、第６および第７実施形態による構造部材のモニタリング装置においては、図１３に示す導電性線材６０を２本使用し、２本の導電性線材６０を平行配置すればよい。
【０１４３】
図１４は、導電性線材７０の構成およびその配設状況を示す一部裁断側面図である。この図において、７１は、コンクリート等から構成された構造物であり、柱７１ａ、７１ｂと梁７１ｃ、７１ｄとが直交されてなる。
導電性線材７０は、前述した導電性線材２、２１、２２または２３と同一構成とされている。
【０１４４】
この導電性線材７０は、同図に示すように波線形状に形成されており、構造物７１の表面に接着されている。すなわち、導電性線材７０は、梁７１ｃから梁７１ｄまでに至る広い範囲に設けられている。
また、導電性線材７０は、その一端部７０ａと他端部７０ｂが近接するように形成されている。
【０１４５】
７２ａ、７２ｂは、柱７１ｂの側面７１ｅに各々取り付けられた端子である。なお、第１実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子７２ａ（または端子７２ｂ）には、図１および図３に示すパルス信号発生器１のプローブおよびオシロスコープ３が接続される。また、第３実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子７２ａには図７に示すパルス信号発生器１のプローブおよびオシロスコープ２０の入力端子２０ａが接続され、端子７２ｂには図７に示すオシロスコープ２０の入力端子２０ｂが接続される。
【０１４６】
さらに、第４実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子７２ａ（または端子７２ｂ）には図８に示す方向性結合器３２の端子３２ｂが接続される。加えて、第５実施形態による構造部材のモニタリング装置において、端子７２ａには図９に示す方向性結合器３４の端子３４ｂが接続され、端子７２ｂには図９に示す方向性結合器３５の端子３５ｂが接続される。７３ａ、７３ｂは、導電性線材７０の一端部７０ａおよび他端部７０ｂと端子７２ａおよび端子７２ｂとの間を各々接続するリード線であり、柱７１ｂの内部に埋設されている。
【０１４７】
上記構成において、構造物７１に亀裂、損傷等が発生していない状態では、テスタ１により測定される、導電性線材７０の抵抗値は、非常に低い値である。
そして、今、構造物７１に荷重が作用しているものとすると、該荷重により、構造物７１に変形、断面積変化が生じることにより、導電性線材７０に対して引っ張り力が作用、導電性線材７０の抵抗値が変化する。これにより、前述した手法により構造物７１の表面の損傷状況（ひび割れ、剥離）等がモニタリングされる。
【０１４８】
このように、導電性線材７０を用いた場合には、構造物７１における広い範囲に亙って構造物７１の損傷状況等をモニタリングすることができる。
また、導電性線材７０を用いた場合には、一端部７０ａおよび他端部７０ｂが近接配置されているため、導電性線材７０等を楽に施工することができる。
【０１４９】
なお、図１４においては、導電性線材７０を平面的に配設した例について説明したが、これに限定されることなく導電性線材７０を構造物７１の表面または内部に立体的に配設するようにしてもよい。
さらに、第２、第６および第７実施形態による構造部材のモニタリング装置においては、図１４に示す導電性線材７０を２本使用し、２本の導電性線材７０を平行配置すればよい。
【０１５０】
また、本発明の第１および第２実施形態において述べた、導電性線材２、２１、２２の形状、材質等の変形例は、本発明の第３〜第７実施形態においても適用される。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、構造部材が弾性ひずみの範囲内で引張荷重等を受けた後、元の状態に戻ったとしても、上記弾性ひずみを受けた時点で導線の繊維束の一部に破断が生じる。従って、本発明によれば、上述した場合であっても、過去の構造部材に対して引張荷重等が加えられたということを判定することができるという効果が得られる。
言い換えれば、本発明によれば、構造部材の損傷状況を連続的にモニタリングすることができるという効果が得られる。
【０１５２】
また、本発明によれば、導電性線材として従来の光ファイバに代えて、導線を用いているため、構造部材がコンクリートである場合であっても、耐久性が向上するという効果が得られる。
また、本発明によれば、従来のもののように、導電性線材の中間点に複数の端子を設けることなく、低コストでかつ簡易な構成で構造部材の損傷箇所を特定することができるという効果が得られる。
【０１５３】
さらに、導線として第１の導線、第２の導線を用いる場合、それら第１の導線、第２の導線のうち、第１の導線を導電性を有する安価なもの（例えば、単線）とすることができ、価格の高い第２の導線を２本使用する場合に比してコストを安くすることができるという効果が得られる。
また、導線を構造部材の表面に導線を接着する構成とすれば、構造部材の表面に生じるひび割れ、剥離等の損傷状態を広い範囲に亙って判定することができるという効果が得られる。
【０１５４】
さらに、導線への入射信号として高周波信号を用いるようにすれば、この高周波信号の周波数に比例してモニタリングの分解能を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による構造部材のモニタリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す構造部材のモニタリング装置の動作を説明する図である。
【図３】本発明の第１実施形態による構造部材のモニタリング装置の具体的構成を示す図である。
【図４】図３に示す構造部材のモニタリング装置の動作を説明する図である。
【図５】図３に示す導電性線材２の変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成を示す図である。
【図７】同第３実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成を示す図である。
【図８】同第４実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成を示す図である。
【図９】同第５実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成を示す図である。
【図１０】同第６実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成を示す図である
【図１１】同第７実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成を示す図である。
【図１２】同第１〜第７実施形態による構造部材のモニタリング装置に用いられる導電性線材５０の構成およびその配設状況を示す一部裁断側断面図である。
【図１３】同第１〜第７実施形態による構造部材のモニタリング装置に用いられる導電性線材６０の構成およびその配設状況を示す一部裁断側面図である。
【図１４】同第１〜第７実施形態による構造部材のモニタリング装置に用いられる導電性線材７０の構成およびその配設状況を示す一部裁断側面図である。
【符号の説明】
１ 信号発生器
２ 導電性線材
２ｂ 障害点
３ オシロスコープ
４ 基礎杭
２０ オシロスコープ
２１ 導電性線材
２２ 導電性線材
２３ 導電性線材
５０ 導電性線材
５１ 構造物
６０ 導電性線材
６１ 構造物
７０ 導電性線材
７１ 構造物
３０ ネットワークアナライザ
３１ パワースプリッタ
３２ 方向性結合器
３３ スイッチ
３４ 方向性結合器
３５ 方向性結合器
３６ 方向性結合器

Claims (3)

1. 構造部材の内部に埋設されるかあるいは構造部材の表面に接着され、導電性を有する導線と、
   前記導線の一端へ入射信号としてパルス信号又は高周波信号を供給する信号供給手段と、
   前記導線の一端より出力される反射信号に基づいて前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記入射信号及び前記反射信号の電圧に基づいて反射係数を算出して前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段と
   を具備することを特徴とする構造部材のモニタリング装置。
2. 構造部材の内部に埋設されるかあるいは構造部材の表面に接着され、導電性を有する第１の導線と、
   前記第１の導線に対して所定間隔をおいて前記構造部材の内部に平行配置され、導電性を有する第２の導線と、
   前記第１の導線の一端へ入射信号としてパルス信号又は高周波信号を供給する信号供給手段と、
   前記第１の導線の一端より出力される第１の反射信号に基づいて前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記入射信号及び前記第１の反射信号の電圧に基づいて反射係数を算出しかつその算出値と前記第２の導線の一端より出力される第２の反射信号の有無とにより前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段と
   を具備することを特徴とする構造部材のモニタリング装置。
3. 構造部材の内部に埋設されるかあるいは構造部材の表面に接着され、導電性を有する導線と、
   前記導線の一端へ入射信号としてパルス信号又は高周波信号を供給する信号供給手段と、
   前記導線の一端より出力される反射信号に基づいて前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記反射信号と前記導線の他端より出力される透過信号のレベル比を算出して前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段と
   を具備することを特徴とする構造部材のモニタリング装置。

Images