JP3738424B2 - パルス電磁力による音響診断・測定装置、及びそれらの診断・測定方法 - Google Patents

パルス電磁力による音響診断・測定装置、及びそれらの診断・測定方法 Download PDF

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Description

技術分野
この発明は、導電体とこの導電体を覆う非導電物質とから成る構造物のパルス電磁力による音響診断・測定装置、及びそれらの診断・測定方法に関し、例えば鉄筋コンクリート中の鉄筋の腐食、付着力、鉄筋の位置、鉄筋の径、鉄筋の断列の有無、断裂の位置、及び土中に埋もれた水道管の位置を診断または測定する方法に関し、さらには締め具で固定された導電体の固定具合の診断方法に関する。
背景技術
トンネル，橋梁，建物，擁壁，ダム，土木建築等の鉄筋コンクリート構造物においては、強度評価、寿命評価、あるいは工事手順の決定と言った目的のために、鉄筋の所在位置、鉄筋の径、鉄筋の腐食の程度、鉄筋の付着力を非破壊で知る必要がある。このため従来より、鉄筋コンクリートの鉄筋の所在位置、腐食状態、付着力等を判断するために、例えば、Ｘ線発生器とフィルム間に構造物をはさんで撮影するＸ線撮影法、コンクリート表面に超音波発生器を当ててその反射超音波を検出して判断する超音波診断法、ハンマー等により表面を叩いてその反響音から判断する打診法、表面に赤外線を照射する赤外線映像法、マイクロ波を表面から照射するマイクロ波法等、種々の方法が用いられている。
しかしながら、このような従来の鉄筋コンクリートの鉄筋の位置探査、腐食診断法においては、例えばＸ線撮影法では、構造物をＸ線発生器とフィルムの間に挟む必要があり、構造物の形状、大きさ、場所等種々の制約があり、トンネル、ダム等ではほとんど使用できず、又、人体に対する重大な危険性も考慮する必要があり、簡便に使用することは困難である。
また、打診法による鉄筋の位置探査は、習熟するのにかなりの経験が必要であり、さらに、勘に頼るために信頼性が低い。また、腐食診断においても、鉄筋の腐食がかなり進行して空洞ができるくらいにならないと判り難い等、習熟するのにかなりの経験が必要であり、さらに、勘に頼るために信頼性が低く、確認するためには結局、部分的にも剥離して確認しなければならないという問題がある。
超音波探査法は、超音波を鉄筋コンクリートの表面から照射し、鉄筋から反射される超音波から鉄筋位置を探査するものであるが、コンクリートの内部は砂利が含まれ、又気泡等により不連続層が密集した状態であるので、超音波が減衰、散乱されてしまい、解析は非常に困難である。
さらに、赤外線映像法及びマイクロ波法は、赤外線、マイクロ波がコンクリートにより急激に減衰するので、構造物の比較的表面しか測定できない。
また、腐食の診断方法としては、構造物が変形または破壊する際に解放される弾性エネルギーにより発生する音響を検出し、分析して構造物の腐食の程度を診断する音響診断法が知られている。例えば、構造物にＡＥ（アコースティックエミッション）センサーを取り付けて長時間、ＡＥを測定し、腐食破壊により突発的、偶発的に生ずる音響（ＡＥ）を観測する方法が知られているが、この方法は長時間連続して観測しなければならなかったり、又は必要以上の荷重を加えることが必要であり、構造物の腐食の診断には必ずしも適さない。
このように、従来は、非破壊で鉄筋コンクリート中の鉄筋の腐食の程度や鉄筋とコンクリートの付着力、コンクリート中の鉄筋の位置や径を診断または測定できる確実な方法が無く、そのため、強度予測、寿命予測に狂いが生じ、思わぬ災害を引き起こしていた。
また、張力を加えた導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物、例えばプレストレス・コンクリート、すなわちこの方式を用いた橋梁、コンクリート製の電柱や、コンクリート製の枕木は、その弾性力を高めるために張力を加えた状態の鉄筋がコンクリート中に埋め込まれており、長期の使用によってこの鉄筋が断裂することがある。しかしながら従来は、断裂の有無を非破壊で診断・測定する方法が無く、定期的に新しいものに取り替えたり、または思わぬ災害につながっている場合があった。
また、非導電体中に埋設された導電体の管、例えば、土中に杭等を打ち込むことが必要な土木工事や建築工事においては、土中に埋設されている水道管やガス管の位置を知る必要がある。従来は金属探知器や超音波探知機等を使用して埋設位置を測定しているが、これらの装置は複雑であり、かつ取り扱いに高度の専門知識を必要とし、埋設位置を手軽に、かつ確実に知る方法がなく、掘り返して確認すると言った手間のかかる方法が採用される場合が多かった。
また、導電体と導電体を締め具で固定してなる構造物、例えば鉄板と鉄板をボルト・ナットで固定して構築される道路の橋等の構造物の場合には、ボルト・ナットによる締め具合を定期的に検査し安全を確保する必要がある。しかし橋のような大きな構造物の場合には、ボルト・ナットが巨大であり、また締め付け力が巨大であるため作業者が手作業でトルクレンチ等を使用して診断することができなかった。このため従来は検査のための大型の専用機械を必要とし、また橋を通行止めにして検査をしなければならなかった。
本発明は上記の課題に鑑み、導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の腐食の程度、付着力、導電体のかぶり深さ、及び径を非破壊で確実に診断または測定する装置、例えば、非破壊で鉄筋コンクリート中の鉄筋の腐食の程度や鉄筋とコンクリートの付着力、コンクリート中の鉄筋のコンクリートかぶり深さや径を診断・測定できる装置を提供することを第１の目的とする。
また、導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の非導電体中の位置を非破壊で確実に測定する装置、例えば、鉄筋コンクリート中の鉄筋の位置を非破壊で確実に測定する装置を提供することを第２の目的とする。
また、導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の腐食の程度、付着力、及び位置を、表面全体の微小な振動分布、振動の伝搬態様から高度な診断または測定ができる装置、例えば、非破壊で鉄筋コンクリート中の鉄筋の腐食の程度、鉄筋とコンクリートの付着力、鉄筋の位置を高度に診断・測定できる装置を提供することを第３の目的とする。
また、導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の腐食の程度、付着力を非破壊で確実に診断または測定する方法、例えば、非破壊で鉄筋コンクリート中の鉄筋の腐食の程度や鉄筋とコンクリートの付着力を診断・測定できる方法を提供することを第４の目的とする。
また、導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の位置を非破壊で確実に測定する方法、例えば、非破壊で鉄筋コンクリート中の鉄筋の位置を測定できる方法を提供することを第５の目的とする。
また、導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の位置を非破壊で確実に高度に測定する方法、例えば、非破壊で鉄筋コンクリート中の鉄筋の腐食の程度、鉄筋とコンクリートの付着力、及び鉄筋の位置を表面全体の微小な振動分布、振動の伝搬態様から高度に診断・測定できる方法を提供することを第６の目的とする。
また、導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の径、またはかぶり深さを測定する方法、例えば、鉄筋コンクリートの鉄筋の径、またはかぶり深さを測定する方法を提供することを第７の目的とする。
また、締め具を介して結合された導電体の締め具による締め具合を診断または測定する方法、例えば、ボルト・ナットで締め付けられた鉄板の締め付け具合を診断・測定する方法を提供することを第８の目的とする。
また、非導電体中に埋設された導電体の位置を非破壊で確実に診断・測定する方法、例えば、土中に埋設された水道管やガス管の埋設位置を診断・測定する方法を提供することを第９の目的とする。
また、導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の断裂の有無または位置を非破壊で確実に診断・測定する方法、例えば、プレストレス・コンクリート、すなわちこの方式を用いた橋梁、コンクリート製の電柱やコンクリート製の枕木の断裂の有無または位置を測定する方法を提供することを第１０の目的とする。
発明の開示
上記目的を達成するために本発明のパルス電磁力による音響診断・測定装置は、導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面に取り付けるコイルと、コイルに電流パルスを供給する電源部と、構造物の表面、または非導電体から露出した導電体に取り付ける音響変換器と、音響変換器の出力波形を計測する計測部とを有し、導電体の腐食・付着力を診断または測定することを特徴とする。上記音響変換器は、好ましくは、音響信号を電気信号に変換するアコースティックエミッションセンサー、加速度センサー又はマイクロホンであってよい。
この装置によれば、例えば、被測定構造物が鉄筋コンクリートの場合には、磁場パルスにより直接鉄筋を励振するから鉄筋位置を音源とする音響が発生し、この音響が構造物の表面に伝搬する。この際、鉄筋の腐食の程度、付着力に応じて、構造物の表面に伝搬する音響波形が変化し、音響波形の解析から腐食の程度、付着力の強弱が診断・測定できる。また、音響波形の振幅は、鉄筋径及びかぶり深さにも応じて変化するので、鉄筋の深さがわかっていれば鉄筋の径が、鉄筋の径がわかっていればかぶり深さが診断・測定できる。
磁場パルスによって直接鉄筋を励振するから、従来の超音波源からの音波を鉄筋に反射させて測定する装置に比べれば、極めて音響波形が大きく、また、従来の打診法に比べれば極めて信頼性が高く、非破壊で確実に鉄筋の腐食の程度、付着力、かぶり深さ、及び径が診断・測定できる。
本発明のパルス電磁力による音響診断・測定装置は、導電体と導電体を覆う非導電物質とから成る構造物の表面に取り付けるコイルと、コイルに電流パルスを供給する電源部と、構造物の表面の振動を光学的変位として測定する変位検出器と、該変位検出器の出力波形を計測する計測部とを有し、導電体の腐食、付着力を診断・測定することを特徴とする。上記変位検出器は、コヒーレントなレーザー光を構造物の表面に照射し、反射光の構造物表面の振動に伴う位相差を干渉縞として検出するレーザー干渉計であってもよい。
この装置によれば、磁場パルスにより鉄筋を直接励振するから鉄筋位置を音源とする音響が発生し、音響が構造物の表面に伝搬する。変位検出器にレーザー干渉計を使用すれば、表面全体の微小な振動分布、振動の伝搬態様を測定でき、さらに高度な情報が非破壊で確実に得られる。
また、上記コイルは単数のコイル、または複数のコイルから成り、複数のコイルからなる場合は、複数のコイルの軸を揃えかつ密着して構成され、上記電源部は、複数のコイルのそれぞれに直列に接続した蓄電用コンデンサと、コイルとコンデンサからなる複数の直列回路を共通のスイッチを介して並列に接続した電源とから成り、共通のスイッチをＯＮにしてコイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させることを特徴とする。
複数のコイルからなる場合には、複数のコイルに分割しているので個々のコイルのインダクタンスを小さく、また個々の蓄電用コンデンサの容量を小さくできるので、共通のスイッチをＯＮしたときの個々のコイルに流れる電流パルスの時定数を小さくできる。個々のコイルの発生する磁場パルスは重畳されるので、波高値が高く、かつパルス幅の狭い磁場パルスを発生できる。波高値が高くパルス幅の狭い磁場パルスを発生できるので、鉄筋を強く励振でき、非破壊で確実に診断・測定できる。
さらにまた、コイルに静磁場を発生する磁石を付加すれば好ましい。
この構成によれば、鉄筋を励振する力がさらに強くなるから、構造物の表面からより深い位置にある鉄筋の診断・測定が可能になる。
また、上記出力波形を計測する計測部は、出力波形の時間領域の波形を計測して表示し、時間領域の波形から腐食・付着力に関する特徴を抽出して表示し、または、出力波形のフーリエ変換スペクトルからなる周波数領域の波形を演算して表示し、周波数領域の波形から腐食・付着力に関する特徴を抽出して表示し、腐食・付着力に関する情報を表示することを特徴とする。
この計測部によれば、時間領域の波形、または周波数領域の波形から、瞬時に、腐食・付着力に関する診断・測定をすることができる。
さらに、時間領域の波形から抽出して表示する特徴は、時間領域の波形のパターン、波形率、または波高率であり、腐食・付着力に関する情報の表示は、波形率または波高率を所定のしきい値と比較し、腐食・付着力に関する良・不良の情報を表示することを特徴とする。
波形率、波高率は腐食、付着力に応じて敏感に変化するので診断しやすい。また、波形率、波高率のしきい値を設定し、測定した波形率、波高率がしきい値未満か以上かによって良・不良の情報を表示するので、経験等を必要とせずに誰でも確実に診断・測定できる。
また、時間領域の波形から抽出し表示する特徴は、時間領域の波形の包絡線の形状から抽出する過酷度であり、腐食・付着力に関する情報の表示は、過酷度を所定のしきい値と比較し、腐食・付着力に関する良・不良の情報を表示することを特徴とする。
過酷度によれば、経時変化に基づくので信頼度の高い診断・測定ができる。また、過酷度のしきい値を設定し、測定した過酷度がしきい値未満か以上かによって良・不良の情報を表示するので、経験等を必要とせず誰でも確実に診断・測定できる。
また、時間領域の波形から抽出し表示する特徴は、時間領域の波形の各々の値を実効値で除した規格化波形、または規格化波形をべき乗した波形であることを特徴とする。
時間領域の波形の各々の値を実効値で除した規格化波形は、波形の特徴が明確になる。べき乗すればさらに明確になり、高感度の診断・測定が可能になる。
また、規格化波形の包絡線形状から過酷度を抽出し、過酷度を所定のしきい値と比較し、腐食・付着力に関する良・不良の情報を表示することを特徴とする。規格化波形から過酷度を求めるので、さらに高感度に、誰でも確実に診断・測定できる。
また、周波数領域の波形から抽出して表示する特徴は、周波数領域の波形パターンであり、腐食・付着力に関する情報の表示は、波形パターンを所定のパターンと比較し腐食・付着力に関する良・不良の情報を表示することを特徴とする。パルス電磁力による鉄筋振動は、鉄筋の腐食・付着力に応じて振動の自由度が変化するから、腐食・付着力の程度が極めて敏感に周波数スペクトルに反映される。所定の周波数パターンと比較して良・不良の情報を表示するから、経験等を必要とせずに誰でも確実に診断・測定できる。
また、周波数領域の波形から抽出し表示する特徴は、周波数領域の波形の各々の値を実効値で除して形成される規格化波形、または規格化波形をべき乗した波形であり、腐食・付着力に関する情報の表示は、規格化波形の包絡線形上から過酷度を抽出し、過酷度を所定のしきい値と比較し、腐食・付着力に関する良・不良の情報を表示することを特徴とする。
周波数領域の波形は極めて敏感に腐食の程度や付着力を反映し、周波数領域の波形の各々の値を実効値で除して形成される規格化波形はさらに波形の特徴を強調するから極めて高感度に腐食・付着力を診断・評価できる。また、規格化波形から過酷度を求めれば、高感度かつ高信頼度で診断・評価ができる。また過酷度のしきい値を設定し、測定した過酷度がしきい値未満か以上かによって良・不良の情報を表示するので、経験等を必要とせずに誰でも確実に診断・測定できる。 また、本発明のパルス電磁力による音響診断・測定方法は、導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面にコイルを取り付け、コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、磁場パルスによって導電体に渦電流を誘起させ、渦電流と磁場パルスとの相互作用力により導電体を励振させて音響を発生させ、音響信号を構造物の表面、または非導電体から露出した導電体に取り付けた音響変換器により電気信号に変換し、電気信号の波形を計測して導電体の腐食または付着力を診断・測定することを特徴とする。
この方法によれば、例えば被測定構造物が鉄筋コンクリートの場合には、磁場パルスにより直接鉄筋を励振するから鉄筋位置を音源とする音響が発生し、この音響が構造物の表面に伝搬する。この際、鉄筋の腐食の程度、付着力に応じて、構造物の表面に伝搬する音響波形が変化し、音響波形の解析から腐食の程度、付着力の強弱が診断・測定できる。
磁場パルスによって直接鉄筋を励振するから、従来の超音波源からの音波を鉄筋に反射させて測定する装置に比べれば、極めて音響波形が大きく、従って、非破壊で確実に鉄筋の腐食の程度、付着力、かぶり深さ、及び径が診断・測定できる。
このように、本発明によれば、例えばトンネル，橋梁，建物，擁壁，ダム，土木建築等の鉄筋コンクリート構造物において、内部の鉄筋の位置のみならず、鉄筋の付着力、微小な鉄筋の腐食、錆やコンクリートの剥離、亀裂等も検出することができるので、鉄筋コンクリート構造物の破壊やコンクリート片の剥離等を未然に防止することが可能になる。鉄筋コンクリート構造物の余寿命を正確に推定することも可能になるため鉄筋コンクリート構造物の保全・管理を確実に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
本発明は以下の詳細な説明及び本発明の実施例を示す添付図面によって、よりよく理解されるものとなろう。なお添付図面に示す実施例は本発明を特定するものではなく、説明及び理解を容易とするものである。
第１図は本発明のパルス電磁力による音響診断・測定装置及び診断・測定方法の実施の形態を示した概念図であり、第１図（ａ）は音響変換器をコンクリート表面に取り付けて測定する場合、第１図（ｂ）は音響変換器を露出した鉄筋に取り付けて測定する場合を示す。
第２図は、実施例１で用いたテスト用鉄筋コンクリートの形状、及び測定系を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
第３図は、正常テストブロックとひび割れテストブロックの音響波形を示す図であり、
（ａ）は正常ブロックの音響波形、（ｂ）はひび割れブロックの音響波形である。
第４図は本発明のパルス電磁力による音響診断・測定装置の構成を示す図である。
第５図は、本実施例に用いた鉄筋コンクリートの表面形状及び鉄筋コンクリートの作製方法を示す図である。（ａ）は鉄筋コンクリート表面形状、（ｂ）は鉄筋コンクリート作製用外枠、（ｃ）は鉄筋コンクリートの外観を示す図である。
第６図は、鉄筋コンクリートにおける音源からの距離の違いによる音響の伝搬遅延時間の測定結果を示す図である。
第７図は、音源からの種々の距離と伝搬遅延時間の測定からコンクリート中の音速を測定した図である。
第８図は、コイルと電源部の構成を示す図であり、（ａ）は従来の構成例を示し、（ｂ）は本発明の構成を示す。
第９図は、本発明のコイルと電源部による電流パルス波形、及びそれによって発生した音響信号の測定例を示す図であり、（ａ）は従来の構成によるもの、（ｂ）は本発明の構成によるものを示す。
第１０図は、テストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のそれぞれの音響変換器による出力波形を本計測部により時間領域の波形として、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ表示した図である。
第１１図は、テストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のそれぞれの、直接鉄筋に音響変換器を取り付けて測定した出力波形を本計測部で時間領域の波形として、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ表示した図である。
第１２図は、テストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の波形率ＳＦ、波高率ＣＦを比較した図である。
第１３図は、テストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）それぞれの包絡線（ａ）、及び逆数対数包絡線（ｂ）を示す図である。
第１４図は、テストブロック（Ａ）の時間領域波形（ａ）、規格化波形（ｂ）、規格化波形の２乗波形（ｃ）を示す図である。
第１５図は、テストブロック（Ａ）の規格化波形の３乗波形（ａ）、規格化波形の４乗波形（ｂ）を示す図である。
第１６図は、テストブロック（Ｂ）の時間領域波形（ａ）、規格化波形（ｂ）、規格化波形の２乗波形（ｃ）を示す図である。
第１７図は、テストブロック（Ｂ）の規格化波形の３乗波形（ａ）、規格化波形の４乗波形（ｂ）を示す図である。
第１８図は、テストブロック（Ｃ）の時間領域波形（ａ）、規格化波形（ｂ）、規格化波形の２乗波形（ｃ）を示す図である。
第１９図は、テストブロック（Ｃ）の規格化波形の３乗波形（ａ）、規格化波形の４乗波形（ｂ）を示す図である。
第２０図は、実施例３で求めたテストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の時間領域の波形から求めた周波数領域の波形を示す図であり、（ａ）はテストブロック（Ａ）の、（ｂ）はテストブロック（Ｂ）の、（ｃ）はテストブロック（Ｃ）の周波数領域の波形を示す図である。
第２１図は、実施例４で求めたテストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の時間領域の波形から求めた周波数領域の波形を示す図であり、（ａ）はテストブロック（Ａ）の、（ｂ）はテストブロック（Ｂ）の、（ｃ）は、テストブロック（Ｃ）の周波数領域の波形を示す図である。
第２２図は、本発明の、鉄筋径、またはかぶり深さを測定する方法、及び測定例を示す図であり、（ａ）は測定方法、（ｂ）は測定結果を示す図である。
第２３図は、本発明の締め具の締め具合を診断・測定する方法を示す図であり、（ａ）は、導電体２１と導電体２２とをボルト２２、ナット２３を介して締め付け固定した状態を横から見た図であり、（ｂ）は真上から見た図である。
第２４図は、ボルト・ナットが堅く締め付けられていた場合の測定結果を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）はコイルに面した側の導電体２１に取り付けた音響変換器１４Ｒの出力波形を示し、（ｃ）及び（ｄ）は導電体２１にボルト・ナットで締め付け固定された導電体２２側の音響変換器１４Ｌの出力波形を示す。
第２５図は、ボルト・ナットがゆるんだ状態の場合の測定結果を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）はコイルに面した側の導電体２１に取り付けた音響変換器１４Ｒの出力波形を示し、（ｃ）及び（ｄ）は導電体２１にボルト・ナットで固定された導電体２２側の音響変換器１４Ｌの出力波形を示す。
第２６図は本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の位置を測定する方法を示す図であり、（ａ）は非導電体である土３１に埋められた導電体である水道管３２の露出部分３３に音響変換器１４を取り付け、コイル１２を土３１の表面３４上に配置した状態を横から見た図であり、（ｂ）は真上から見た図である。
第２７図は、土中に埋め込まれた水道管の位置を測定した結果を示す図であり、（ａ）はコイルが水道管の真上にある場合、（ｂ）は土の表面上の水道管の真上の位置から６０ｍｍ離れていた場合、（ｃ）は土の表面上の水道管の真上の位置から１８０ｍｍ離れていた場合の音響信号波形を示す。
第２８図は、本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の断裂の有無の診断、断裂位置を測定する方法を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を詳細に説明する。
最初に導電体の腐食、付着力、かぶり深さ又は径を診断または測定する本発明のパルス電磁力による音響診断・測定装置及び診断・測定方法の実施の形態を説明する。
導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物が、鉄筋とコンクリートからなる鉄筋コンクリートの場合を例にとって説明する。この装置によれば、鉄筋の腐食・付着力、かぶり深さ、及び径を診断または測定できる。
第１図は本発明のパルス電磁力による音響診断・測定装置及び診断・測定方法の実施の形態を示した概念図であり、第１図（ａ）は音響変換器をコンクリート表面に取り付けて測定する場合、第１図（ｂ）は音響変換器を露出した鉄筋に取り付けて測定する場合を示す。
第１図（ａ）において、パルス電磁力による音響診断・測定装置１０は、被試験体構造物である鉄筋コンクリートブロック１１の表面に取り付けられる電線で構成したコイル１２と、このコイル１２に電流パルスを印加する電源部１３と、上記鉄筋コンクリートブロック１１の表面に取り付けた音響変換器１４と、この音響変換器１４と信号ケーブル１７で接続した計測部１５とから構成されている。
上記コイル１２は、例えばφ１．６ｍｍの導線を５０×３０ｍｍの矩形状の枠に７ターン巻回したコイル４個を、互いに軸を揃えかつ密着して構成されている。コイル１２は試験体である鉄筋コンクリートブロック１１の表面に取り付けられる。電源部１３はコイル１２に電源ケーブル１６を介して電流パルスを印加するようになっている。尚、電源部１３は上記の構成に限定されることなく、鉄筋コンクリートブロック１１の大きさや鉄筋１１ａの位置、太さ等に対応して、所望の駆動パルスを発生させることができるように構成される。
上記音響変換器１４は公知の音響変換器であって、微弱な振動を検出して電気信号に変換し、信号ケーブル１７を介して計測部１５に入力する。
計測部１５は、例えば音響解析装置として市販されている公知の構成のものであり、音響変換器１４からの検出信号をアンプリファイア等により増幅すると共に、不要な信号をフィルタなどにより除去した後、音響解析を行なうようになっている。なお、計測部１５は、これに限らず、音響変換器１４からの検出信号の波形の計測のみでよい場合には、例えばオシロスコープ等を使用してもよい。
本発明のパルス電磁力による音響診断装置１０は、上記のように構成されており、コイル１２に電流パルスを印加すると鉄筋コンクリート１１の内部方向に磁場パルスが発生し、この磁場パルスが導電体である鉄筋１１ａに渦電流を誘起する。この渦電流に伴う磁場と磁場パルスの磁場との相互作用力によって、鉄筋１１ａが励振される。この場合、導電体１１ａが磁性体であれば、磁気エネルギーに伴う力も励振力に付加され強化される。
鉄筋１１ａが励振されると鉄筋１１ａを音源とする音響が発生し、この音響が表面に伝わり、音響変換器１４で音響信号が電気信号に変換され、この電気信号が信号ケーブル１７を介して計測部１５に入力される。計測部１５では、電気信号の波形を解析して鉄筋１１ａの腐食の程度、あるいはコンクリート１１ｂのひび割れを判定する。例えば、鉄筋１１ａが腐食していれば、鉄筋１１ａを音源とする音響が腐食部分で吸収されて減衰し、計測部１５で観測する波形は強度が小さくなる。また、鉄筋のコンクリートに対する付着力が弱いと、同様に計測部１５で観測する波形は強度が小さくなる。また、コンクリート中にひび割れが存在すると音響が減衰し、計測部１５で観測する波形は強度が小さくなる。このように、音響波形の強度を比較することにより、鉄筋コンクリート１１の損傷の程度を測定できる。
また、第１図（ｂ）に示すように、鉄筋の露出部分に音響変換器１４を取り付けて、鉄筋の振動を直接観測しても、鉄筋の腐食や付着力を診断・測定できる。 次に、実施例１を示す。
実施例１は、鉄筋の腐食や付着力を診断・測定する本発明のパルス電磁力による音響診断・測定装置による測定例を示すものである。
第２図は、実施例１で用いたテスト用鉄筋コンクリートの形状、及び測定系を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
第２図に示すように、テスト用鉄筋コンクリート１１は、方形状の２００×１５０×１００ｍｍのコンクリート１１ｂと、コンクリート１１ｂの上面からの距離すなわち、かぶり深さｄが３０ｍｍ、下面からの距離５７ｍｍの位置に埋設した径１３ｍｍの鉄筋１１ａとからなっている。コイル１２は鉄筋コンクリート１１の表面上の鉄筋１１ａの真上に配置している。音響変換器１４ａ，１４ｂは、鉄筋コンクリート１１の表面上の鉄筋１１ａを挟んで対称な位置に配置している。
本実施例では、コンクリート１１ｂ中にひび割れのないテスト用鉄筋コンクリート（正常テストブロック）と、コンクリート１１ｂ中に鉄筋１１ａに達するひび割れが存在するテスト用鉄筋コンクリート（ひび割れテストブロック）とを作製し、それぞれ同一の条件で励振して、音響変換器１４ａ，１４ｂで観測される音響波形の比較を行った。
コイル１２は、線径１．０ｍｍの導線を２５ターン巻した巻径３０×７０ｍｍ、内部抵抗０．２Ωのものを用い、電流波高値１０００Ａ、パルス幅１．５ｍｓの電流パルスを印加して、鉄筋１１ａを励振した。
第３図は正常テストブロックとひび割れテストブロックの音響波形を示す図であり、（ａ）は正常ブロックの音響波形、（ｂ）はひび割れブロックの音響波形である。
第３図（ａ）、（ｂ）において、ＣＨ１，ＣＨ２はそれぞれ音響変換器１４ａ，１４ｂの出力波形であり、ＣＨ３は電流パルスの波形である。横軸は０．５ｍｓ／ｄｉｖで表示した時間軸であり、縦軸は、ＣＨ１，ＣＨ２の音響波形の強度を示す電圧軸であり、ＣＨ１，ＣＨ２は零点をずらして表示している。
第３図（ａ）、（ｂ）から明らかなように、電流パルスで鉄筋１１ａを励振して発生させた音響は、ひび割れがあると著しく減衰することがわかる。
このようにして、コンクリートのひび割れの存否を診断することができる。
次に、導電体の位置を測定する本発明のパルス電磁力による音響診断・測定装置及びパルス電磁力による音響診断・測定方法の実施の形態を説明する。
この装置によれば、鉄筋コンクリート中の鉄筋の位置を測定できる。
第４図は上記本発明のパルス電磁力による音響診断・測定装置の構成及び測定方法を示す概念図である。
第４図に示すように、音響位置探査装置２０は、鉄筋コンクリートブロック１１の表面に取り付けられる電線で構成したコイル１２と、このコイル１２に電流パルスを印加する電源部１３（第１図と同等なため図示せず）と、上記鉄筋コンクリート１１の表面に取り付ける複数の音響変換器１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）と、この音響変換器１４と信号ケーブル１７（第１図と同等なため図示せず）で接続した計測部１５（第１図と同等なため図示せず）とから構成されている。
複数の音響変換器１４をコイル１２の周辺に配設し、電流パルスをコイル１２に印加して鉄筋１１ａを励振し、鉄筋１１ａを音源とする音響を発生させる。この音響を各々の音響変換器１４で電気信号に変換し、この各々の電気信号を計測部１５で測定することにより、音響が音源から各々の音響変換器１４に到達する時間、すなわち、伝搬遅延時間を測定する。
コンクリート１１ｂ中の音波の伝搬速度ｖはほぼ一定であるので、この伝搬速度ｖと遅延時間ｔを用いて、各々の音響変換器１４と音源との距離ｒ、すなわち各々の音響変換器１４と鉄筋１１ａとの距離を求めることができる。これらの距離から音源位置、すなわち、鉄筋１１ａの所在位置を求めることができる。
例えば、第４図に示すように、鉄筋１１ａが棒状のものであれば、それぞれ、音響変換器１４ａ，１４ｂ及び１４ｃの遅延時間ｔａ，ｔｂ，ｔｃを基に、それぞれの音源と鉄筋１１ａとの距離ｒａ，ｒｂ，ｒｃ（＝ｖ・ｔａ，ｖ・ｔｂ，ｖ・ｔｃ）を求め、それぞれの音響変換器１４の配設位置を中心として半径ｒａ，ｒｂ，ｒｃの球を描き、これらの球の共通接線を求めれば、この接線が鉄筋１１ａの所在位置となる。
なお、上記構成では音響変換器１４をコンクリート１１の表面に複数配設し、単発の音響信号を発生させて、それぞれの音響変換器１４の位置における伝搬遅延時間を同時に測定するが、一個の音響変換器１４をコンクリート１１の表面上を移動させると共に、それぞれの移動位置において音響信号を発生させて伝搬遅延時間を個々に測定する構成でも良い。
次に実施例２を示す。
実施例２は、導電体の位置を測定する本発明のパルス電磁力による音響診断・測定装置による測定例を示すものである。
第５図は、本実施例に用いた鉄筋コンクリートの表面形状及び鉄筋コンクリートの作製方法を示す図である。（ａ）は鉄筋コンクリート表面形状、（ｂ）は鉄筋コンクリート作製用外枠、（ｃ）は作製した鉄筋コンクリートの外観を示す図である。第５図（ｂ）に示すように、本実施例に用いた鉄筋コンクリートは、鉄筋１１ａの中心を除いて弾性を有するビニールシートで覆い、外枠にコンクリートを流し込んで作製した。従って、この鉄筋コンクリートは、鉄筋１１ａの中心のみがコンクリート１１ｂと接触し、鉄筋１１ａの他の部分はコンクリート１１ｂに接触していない。このため、励振した音響は鉄筋１１ａの中心部分のみからコンクリートに伝わるから、音源は、点音源と見なせる。
第５図（ａ）に示すように、鉄筋コンクリート１１の中心を原点とし、横及び縦方向をそれぞれｘ軸及びｙ軸とし、原点にコイルを配置し、種々の座標（ｘ，ｙ）点に音響変換器を配置して音響の伝搬遅延時間を測定した。励振用のコイル、音響変換器、電流パルスは実施例１と同等である。
第６図は、鉄筋コンクリートにおける音源からの距離の違いによる音響の伝搬遅延時間の測定結果を示す図である。
第６図において、ＣＨ１，ＣＨ２はそれぞれ第５図（ａ）に示した座標（−１，０）、（３，２）に音響変換器を配置した場合の音響波形を示し、ＣＨ３は電流パルスの波形である。横軸は０．１ｍｓ／ｄｉｖで表示した時間軸であり、縦軸はＣＨ１，ＣＨ２の音響波形の強度を示す電圧軸であり、ＣＨ１，ＣＨ２は零点をずらして表示している。
第６図から明らかなように、音源に近いＣＨ１の音響波形は、電流パルス波形の立ち上がりとほぼ同時に立ち上がっているが、音源に遠いＣＨ２の音響波形は、電流パルス波形の立ち上がりからかなり遅れて立ち上がっている。
このように、音源からの距離を伝搬遅延時間として検出できる。
第７図は、音源からの種々の距離と伝搬遅延時間の測定からコンクリート中の音速を測定した図である。第７図において、音源からの距離は、第６図（ａ）の各座標点と音源との距離を示す。伝搬遅延時間の測定は、第７図で説明した方法と同等である。第７図から明らかなように、コンクリート中での音速はほぼ一定であることがわかる。
従って、第６図で説明した伝搬遅延時間と第７図で説明した音速から、音源までの距離がわかる。測定点を増やして、各測定点から音源までの距離を求め、これらの距離全てを満足する鉄筋コンクリート中の位置を求めれば、鉄筋の所在位置となる。
このようにして、本発明のパルス電磁力による音響位置探査装置によれば、被破壊で鉄筋の位置を探査することができる。
次に、構造物表面の振動を光学的変位として測定する変位検出器を用いた本発明の音響診断・測定装置を説明する。
本発明の音響診断・測定装置は、音響変換器１４の代わりに表面変位検出器を設置し、音響の代わりに、被試験体構造物１１表面の振動を読み取るものであり、音響診断装置１０の構成と同様である。
ここで用いる表面変位検出器としては微小変位を測定できる検出器であればどのようなタイプでも使用可能であるが、特に、コヒーレントなレーザー光を被試験体構造物１１の表面全体に照射し、被試験体構造物１１表面の振動に伴う反射光の位相差を干渉縞として検出するレーザー干渉計を使用すれば、さらに精密且つ高度な診断ができる。
次に、本発明の音響診断・測定装置に用いるコイル及び電源部の構成を説明する。
第８図は、コイルと電源部の構成を示す図であり、第８図（ａ）は従来の構成例を示し、第８図（ｂ）は本発明の構成を示す。
従来の構成は第２図（ａ）に示すように、単一のコイルから構成され、商用電源ＡＣからの交流電圧ＶによりコンデンサＣを充電し、充電されたコンデンサＣの電荷をメカニカルスイッチ又は半導体スイッチであるスイッチＳＷをオンすることにより、電流パルスとしてコイル１２に印加するように構成されている。
本発明のコイルと電源部は第２図（ｂ）に示すように、コイルは小さなインダクタンスを有する複数のコイル１２に分割されており、各々のコイルは各々のコイルの発生する磁場が重畳するように軸を揃えかつ密着して構成されており、各々のコイルにはそれぞれ容量Ｃが直列に接続され、コイル１２と容量Ｃからなる４個の直列回路を共通の電源Ｖに、メカニカルスイッチ又は半導体スイッチである共通のスイッチＳＷを介して並列に接続して構成されている。
この構成によれば、個々の直列回路はコイルのインダクタンスが小さく、また個々の容量Ｃの容量も小さいのでＳＷをＯＮしたときの電流パルスの時定数が小さくでき、また、個々のコイルの発生する磁場パルスは重畳されるので、パルス幅が短く波高値の大きい磁場パルスが得られる。
第９図は、本発明のコイルと電源部による電流パルス波形、及びそれによって発生した音響信号の測定例を示す図であり、第９図（ａ）は従来の構成によるもの、第９図（ｂ）は本発明の構成によるものを示す。尚、音響信号の測定は、本発明のパルス電磁力による音響診断・測定装置によって測定した。また、かぶり深さｄが３０ｍｍ、鉄筋１３Ｄ（異形鉄筋１３ｍｍφ）の、鉄筋コンクリートを使用した。第９図から明らかなように、本発明のコイルと電源部の構成によれば、従来構成と比べて、遙かに電流パルス幅が狭く、かつ大きいことがわかる。
また、ＡＥ（アコ−スチックエミッション）センサーの受信波形、すなわち音響変換器の出力波形も、本発明のコイルと電源部の構成によれば、従来構成と比べて、遙かに大きくなることがわかる。
すなわち、本発明のコイルと電源部の構成によれば、パルス幅が狭く波高値が大きい磁場パルスを生成することができ、その結果鉄筋を強力に励振することができる。
次に、本発明の装置に用いる計測部について説明する。計測部は、音響変換器の出力波形をサンプリングして、サンプリング値をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換されたディジタルデータをメモリーに記憶し、ＣＰＵを介してディジタルデータを所定の信号処理手順を有するプログラムに従い所定の演算を行い、結果をメモリに蓄積または表示装置を介して表示する。所定の信号処理手順プログラムは、出力波形の時間領域の波形を表示するプログラム、出力波形の時間領域の波形に基づいて出力波形のフーリエ変換スペクトルからなる周波数領域の波形を演算し表示するプログラム、さらには下記に説明する種々の信号処理プログラムである。上記のサンプリング装置、Ａ／Ｄ変換器、メモリ、ＣＰＵ、表示装置は市販されている汎用のものを用いることができる。
この構成によって、時間領域の波形を計測して表示し、腐食・付着力に関する情報を表示することができる。また、時間領域の波形から腐食・付着力に関する特徴を抽出して表示し、または出力波形のフーリエ変換スペクトルからなる周波数領域の波形を演算して表示し、また周波数領域の波形から腐食・付着力に関する特徴を抽出して表示し、腐食・付着力に関する情報を表示することができる。 次に実施例３を示す。
実施例３は、時間領域の波形から腐食・付着力に関する特徴を抽出できることを示すものである。
下記の３種類の鉄筋コンクリートのテストブロックを作製し比較した。
（Ａ）正常な鉄筋コンクリート。
（Ｂ）正常な鉄筋コンクリートを疲労試験器を用いて疲労させ、鉄筋から発生するコンクリートの亀裂を僅かに生じさせたもの。
（Ｃ）（Ｂ）のテストブロックをさらに疲労させ、鉄筋とコンクリートの付着力をなくしたもの。
上記のテストブロックは全て、１３Ｄ（異形鉄筋１３ｍφ）、かぶり深さｄが３０ｍｍ、２００×１５０×１００ｍｍのものを使用した。
上記のテストブロックの表面にコイル１２と音響変換器１４を取り付け、コイル１２に波高電流値２０００Ａ、パルス幅３５０μｓの電流パルスを印加して鉄筋を励振した。
第１０図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれのテストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の音響変換器による出力波形を本計測部により時間領域の波形として表示した図である。
図からわかるように、正常な鉄筋コンクリート（Ａ）においては、時間軸方向に対称軸、及び頂点を有する三角形形状に近い波形を示すことがわかる。
ひび割れを生じたテストブロック（Ｂ）は、時間軸方向に対称軸、及び頂点を有する四角形形状に近い波形を示すことがわかる。
鉄筋とコンクリートとの付着力の無いテストブロック（Ｃ）は、ほとんど出力波形が現れないことがわかる。
このように、本発明の装置の計測部により時間領域の波形を表示すれば、鉄筋の腐食・付着力の違いが波形形状に現れることがわかる。
次に実施例４を示す。
実施例４は、第１図（ｂ）に示したように、音響変換器（ＡＥセンサー）を鉄筋コンクリートから露出した鉄筋に取り付けた場合にも、時間領域の波形から腐食・付着力に関する特徴を抽出できることを示すものである。
テストブロックは実施例３と同じものを使用し、音響変換器の取付位置以外は実施例３と同じ実験条件である。
第１１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれのテストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の鉄筋に直接、音響変換器を取り付けて測定した出力波形を本計測部で時間領域の波形として表示した図である。
図からわかるように、正常な鉄筋コンクリート（Ａ）においては、ほとんど出力波形が現れないことがわかる。これは、鉄筋とコンクリートの付着力が高いので、鉄筋が励振されても減衰力が強く働き、すぐ振動が減衰してしまうことによる。
ひび割れを生じたテストブロック（Ｂ）は、時間軸方向に対称軸、及び頂点を有する三角形形状に近い波形を示すことがわかる。
鉄筋とコンクリートとの付着力の無いテストブロック（Ｃ）は、時間軸方向に対称軸、及び頂点を有する三角形形状に近い波形を示すが、時間軸方向に長く尾を引くことがわかる。これは、鉄筋とコンクリートの付着力がない、すなわち、鉄筋とコンクリートの間に空隙ができているために、鉄筋の振動の減衰力が小さく、振動が長く続くことによる。
このように、本発明の装置の計測部により時間領域の波形を表示すれば、鉄筋に直接音響変換器を取り付けても、鉄筋の付着力の違いが波形形状に現れることがわかる。
次に、本計測部による、時間領域の波形の波形率、波高率による腐食・付着力に関する特徴の抽出、及び良・不良の情報の表示を説明する。
初めに、本計測部の信号処理手順プログラムに使用される波形率、波高率を導出するための計算式を示す。
時間領域の波形のそれぞれのデータ値をｘi とし、全データ数をＮとする。
平均値ｘavは次式（１）で定義する。
【数１】
Figure 0003738424
実効値ｘrms は次式（２）で定義する。
【数２】
Figure 0003738424
ピーク値ｘp は次式（３）で定義する。
【数３】
Figure 0003738424
波形率ＳＦは次式（４）で定義する。
【数４】
Figure 0003738424
波高率ＣＦは次式（５）で定義する。
【数５】
Figure 0003738424
次に実施例５を示す。
実施例５は、実施例３で測定したテストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の時間領域波形から、上記式（１）〜（５）に基づいて、波形率ＳＦ、波高率ＣＦを求め、比較したものである。
第１２図は、テストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の波形率ＳＦ、波高率ＣＦを比較した図である。
図から明らかなように、波形率ＳＦ、及び波高率ＣＦは、テストブロックによって、すなわち鉄筋の付着力によって、明確に異なることがわかる。
このようにして、本計測部は、所定の信号処理手順プログラムにより、測定対象の波形率ＳＦ、及び波高率ＣＦを計算し、例えば第１２図において波形率のしきい値を１．５０、または波高率のしきい値を５．５０に設定すれば、測定対象物の波形率または波高率がこれらのしきい値と比べて未満か、以上かを判断し、良、不良の情報を表示する。
次に、本計測部による、時間領域の波形の包絡線の形状から抽出する過酷度による腐食・付着力に関する特徴の抽出、情報の表示を説明する。
初めに、本計測部の信号処理手順プログラムに使用される過酷度を導出するための計算式を示す。初めに時間領域の波形のデータ値ｘi の絶対値をとり、サンプリング時間順に並べてスムージングした包絡線波形を計算する。包絡線波形のそれぞれのデータ値をｙi とする。
確率Ｐ（ｙi ）を次式（６）で定義する。
【数６】
Figure 0003738424
対象測定物の初期状態の確率Ｐ（ｙi ）をＰa （ｙi ）、 対象測定物の一定時間使用後の確率Ｐ（ｙi ）をＰb （ｙi ）として、情報量ＩＦ（ｙi ）を次式（７）で定義する。
【数７】
Figure 0003738424
過酷度ＳＦを次式（８）で定義する。
【数８】
Figure 0003738424
次に実施例６を示す。
実施例６は、実施例３で求めたテストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の時間領域波形から、包絡線を求め過酷度を比較したものである。
第１３図は、テストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）それぞれの包絡線（ａ）、及び逆数対数包絡線（ｂ）を示す図である。尚、逆数対数包絡線とは、確率Ｐ（ｙi ）の逆数の対数をとった値による包絡線である。
（ａ）から明らかなように、テストブロック（Ｂ）及び（Ｃ）の包絡線はテストブロック（Ａ）の包絡線からかなりずれていることがわかる。このようにテストブロック（Ａ）の包絡線を初期状態の包絡線とし、テストブロック（Ｂ）及び（Ｃ）の包絡線を一定時間使用後の包絡線とすれば、包絡線を比較することによって、腐食の発生、あるいは付着力の減少の発生を診断できる。
（ｂ）から明らかなように、逆数対数包絡線においても初期状態との間に明瞭な差が現れ、この差を時間軸上で足し合わせた過酷度によっても、腐食・付着力を診断できる。
このようにして、本計測部は、所定の信号処理手順プログラムにより、測定対象の包絡線、逆数対数包絡線、及び過酷度を計算し、過酷度の所定のしきい値と比較して、しきい値未満か以上かを判断し、良、不良の情報を表示する。
次に、本計測部による、時間領域の波形の各々の値を時間領域の波形の実効値で除した規格化波形、または規格化波形をべき乗した波形による腐食・付着力に関する特徴の抽出、情報の表示を説明する。
規格化波形は、時間領域の波形のデータ値ｘi を（２）式で示した実効値ｘrms で除した波形である。
次に実施例７を示す。
実施例７は、実施例３で測定したテストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の時間領域波形から、テストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の規格化波形、及び規格化波形のべき乗波形を計算し比較したものである。
第１４図は、テストブロック（Ａ）の時間領域波形（ａ）、規格化波形（ｂ）、規格化波形の２乗波形（ｃ）を示す図である。
第１５図は、テストブロック（Ａ）の規格化波形の３乗波形（ａ）、規格化波形の４乗波形（ｂ）を示す図である。
第１６図は、テストブロック（Ｂ）の時間領域波形（ａ）、規格化波形（ｂ）、規格化波形の２乗波形（ｃ）を示す図である。
第１７図は、テストブロック（Ｂ）の規格化波形の３乗波形（ａ）、規格化波形の４乗波形（ｂ）を示す図である。
第１８図は、テストブロック（Ｃ）の時間領域波形（ａ）、規格化波形（ｂ）、規格化波形の２乗波形（ｃ）を示す図である。
第１９図は、テストブロック（Ｃ）の規格化波形の３乗波形（ａ）、規格化波形の４乗波形（ｂ）を示す図である。
第１４〜１９図からわかるように、規格化波形、及び規格化波形のべき乗波形は、時間領域波形に比べて、テストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）による違い、すなわち、腐食・付着力の程度による違いが大きいことがわかり、特に高次のべき乗波形は著しく違いが大きいことがわかる。
このように規格化波形、及び規格化波形のべき乗波形を比較することによって、腐食・付着力の程度を高感度に診断できる。
このようにして、本計測部は、所定の信号処理手順プログラムにより、時間領域波形から、規格化波形、及び規格化波形のべき乗波形を計算し、特徴を抽出し、しきい値と比較して、しきい値未満か、以上かを判断し、良、不良の情報を表示する。
次に、本計測部による、周波数領域の波形による腐食・付着力に関する特徴の抽出、及び良・不良の情報の表示を説明する。
周波数領域の波形は、本計測部の信号処理手順プログラムにより時間領域の波形をフーリエ変換して求める。
次に実施例８を示す。
実施例８は、実施例３及び４で求めたテストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の時間領域波形をフーリエ変換して周波数領域の波形を求め、テストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の周波数領域の波形を比較するものである。
第２０図は、実施例３で求めたテストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の時間領域の波形から求めた周波数領域の波形を示す図であり、（ａ）はテストブロック（Ａ）の、（ｂ）はテストブロック（Ｂ）の、（ｃ）はテストブロック（Ｃ）の周波数領域の波形を示す図である。
（ａ）からわかるように、正常な鉄筋であるテストブロック（Ａ）の場合には、２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚまでの周波数領域に、ランダムに、かつ、ほぼ連続的に周波数成分が存在する。
（ｂ）からわかるように、ひびの生じた鉄筋であるテストブロック（Ｂ）の場合には、特定の周波数成分が特定の間隔で現れるようになる。
（ｃ）からわかるように、付着力を失った鉄筋であるテストブロック（Ｃ）の場合には、テストブロック（Ｂ）の場合程顕著ではないが、特定の周波数成分が特定の間隔で現れており、また、１５０ｋＨｚ近辺の周波数成分が大きくなっている。
（ａ）と（ｂ）の違い、すなわち、テストブロック（Ａ）とテストブロック（Ｂ）の違いは極めて顕著であり、時間領域の波形からは違いが識別できにくい場合にも、周波数領域の波形を使用することで明確に違いを識別できる。
第２１図は、実施例４で求めた、鉄筋に直接音響変換器を取り付けて測定したテストブロック（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の時間領域の波形から求めた周波数領域の波形を示す図であり、（ａ）はテストブロック（Ａ）の、（ｂ）はテストブロック（Ｂ）の、（ｃ）は、テストブロック（Ｃ）の周波数領域の波形を示す図である。
これらの図からわかるように、鉄筋に直接音響変換器を取り付けた場合にも第２０図と同様に、付着力が小さくなるに従って特定の周波数成分が特定の間隔で現れる傾向を示すことがわかる。
このようにして、本計測部は、所定の信号処理手順プログラムにより、時間領域波形から周波数領域の波形を計算し、基準となるパターンと比較し、一致度を計算し一致度のしきい値と比較して、しきい値未満か、以上かを判断し、良、不良の情報を表示する。
また、本計測部は、周波数領域の波形から、上記実施例６及び７で説明したと同等な手段で規格化波形、または規格化波形のべき乗波形を求め、この規格化波形、または規格化波形のべき乗波形を用いて極めて高感度に腐食・付着力に関する特徴を抽出することができる。また、規格化波形、または規格化波形のべき乗波形から過酷度を計算し、過酷度の所定のしきい値と比較し、測定対象物の過酷度がしきい値以下か、未満かを極めて高感度に判断し、良不良の情報を表示することができる。
次に、本発明の鉄筋コンクリートのかぶり深さ、または鉄筋径を測定する方法を説明する。
第２２図は、本発明の、鉄筋径、または、かぶり深さを測定する方法、及び測定例を示す図であり、（ａ）は測定方法、（ｂ）は測定結果を示す図である。
（ａ）に示すように、鉄筋コンクリート１１の鉄筋１１ａの真上に、コイル１２を取り付け、鉄筋コンクリート１１の表面に音響変換器１４を取り付け、コイル１２から磁場パルスを印加して、鉄筋１１ａを励振し、鉄筋１１ａを音源とする音響信号を音響変換器１４で電気信号に変換し、計測部１５で音響信号の波高値のピーク・ツー・ピーク値等の特徴値を測定する。かぶり深さｄがわかっている場合には、予め準備した鉄筋径とかぶり深さと特徴値との対応関係を用い、測定した特徴値とかぶり深さに対応する鉄筋径を求める。かぶり深さｄが不明の場合は、上記に説明した導電体の位置を測定する方法により、かぶり深さｄを測定しておく。
鉄筋径がわかっており、かぶり深さｄがわからない場合には、測定した特徴値と、予め準備した鉄筋径とかぶり深さと特徴値との対応関係を用い、測定した特徴値と鉄筋径に対応するかぶり深さｄを求める。
（ｂ）の縦軸は、特徴値であり、この例では、波高値のピーク・ツー・ピーク値を用いた。横軸はかぶり深さｄである。図の挿入図に示すように、径の異なる鉄筋１０ｄ、１３ｄ、１６ｄ、１９ｄ、２５ｄ（異形鉄筋１０ｍｍφ、１３ｍｍφ、１６ｍｍφ、１９ｍｍφ、２５ｍｍφ）のそれぞれの特徴値の、かぶり深さｄ依存性を測定した。
図からわかるように、特徴値は、鉄筋径とかぶり深さｄの両方に依存することがわかる。従って、予め準備した対応関係を基に、かぶり深さｄ、または鉄筋径を測定することができる。
次に、本発明の締め具の締め具合を診断・測定する方法を説明する。
第２３図は、本発明の締め具の締め具合を診断・測定する方法を示す図であり、（ａ）は、導電体２１と導電体２２とをボルト２３、ナット２４を介して締め付け固定した状態を横から見た図であり、（ｂ）は真上から見た図である。
導電体２１のボルト２２の真上にコイル１２を配置し、導電体２１及び導電体２２それぞれの表面に音響変換器１４Ｒ、１４Ｌを取り付ける。コイル１２で磁場パルスを印加すれば、導電体２１の表面に渦電流が誘起され、渦電流の磁場と磁場パルスの磁場との相互作用力により導電体２１が励振される。ボルト２３とナット２４が堅く締め付けられた状態であれば、導電体２１で発生した音響信号が導電体２２によく伝わり、音響変換器１４Ｒと音響変換器１４Ｌの音響信号とは、ほぼ同等となる。ボルト２３とナット２４がゆるんだ状態であれば、導電体２１で発生した音響信号は導電体２２に伝わりにくく、音響変換器１４Ｒと音響変換器１４Ｌの音響信号との間には差が生ずる。
このようにして、締め具の締め具合を診断・測定することができる。
次に実施例９を示す。
実施例９は、本発明の締め具の締め具合を診断・測定する方法によって、締め具の締め具合を診断・測定できることを示すものである。
アルミ板（２００×３００×３ｔ）２枚をステンレス製のボルト・ナット（Ｍ１０×１５）６個で固定した。コイルに印加した電流パルスは波高値２０００Ａ、パルス幅３５０μｓである。
第２４図は、ボルト・ナットが堅く締め付けられていた場合の測定結果を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）はコイルに面した側の導電体２１に取り付けた音響変換器１４Ｒの出力波形を示し、（ｃ）及び（ｄ）は導電体２１にボルト・ナットで締め付け固定された導電体２２側の音響変換器１４Ｌの出力波形を示す。尚、（ａ）及び（ｃ）はＢＰ（バンドパス・フィルター：通過帯域２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ））を通過させ、２０ｋＨｚ以下の周波数成分をカットして測定した出力波形であり、（ｂ）及び（ｄ）は５００ｋＨｚまでの全周波数成分による出力波形である。
図からわかるように、堅く締め付けられていた場合には、音響変換器１４Ｌの出力波形は音響変換器１４Ｒの出力波形と同等であることがわかる。
第２５図は、ボルト・ナットがゆるんだ状態の場合の測定結果を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）はコイルに面した側の導電体２１に取り付けた音響変換器１４Ｒの出力波形を示し、（ｃ）及び（ｄ）は導電体２１にボルト・ナットで固定された導電体２２側の音響変換器１４Ｌの出力波形を示す。尚、（ａ）及び（ｃ）はＢＰ（バンドパス・フィルター：通過帯域２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）を通過させ、２０ｋＨｚ以下の周波数成分をカットして測定した出力波形であり、（ｂ）及び（ｄ）は５００ｋＨｚまでの全周波数成分による出力波形である。
図からわかるように、ゆるんでいた場合には、音響変換器１４Ｌの出力波形は音響変換器１４Ｒの出力波形よりも振幅が小さくなることがわかる。
このように、本発明の方法を用いれば、締め具のしまり具合を診断・測定できる。
また、本方法は、橋梁などに使用されるハニカム構造のひび割れの検出、溶接部分の溶接の良否の判定にも同様に使用できる。
次に、本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の位置を測定する方法を説明する。
第２６図は、本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の位置を測定する方法を示す図であり、（ａ）は、非導電体である土３１に埋められた導電体である水道管３２の露出部分３３に音響変換器１４を取り付け、コイル１２を土３１の表面３４上に配置した状態を横から見た図であり、（ｂ）は真上から見た図である。
コイル１２で磁場パルスを印加すれば、水道管３２の表面に渦電流が誘起され、渦電流の磁場と磁場パルスの磁場との相互作用力により水道管３２が励振される。水道管３２が励振されて発生する音響は水道管３２の露出部分３３に伝わり、音響変換器１４で検出される。音響信号の強度はコイル１２が水道管３２の真上に配置されたときに最も大きくなる。コイル１２の配置する位置を変化させて、最も音響信号の強度が大きくなる位置を探すことによって、水道管３２の埋設位置を測定することができる。
次に実施例１０を示す。
実施例１０は、本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の位置を測定する方法によって、非導電体中に埋められた導電体の位置を測定できることを示すものである。
第２７図は、土中に埋め込まれた水道管の位置を測定した結果を示す図であり、（ａ）はコイルが水道管の真上にある場合、（ｂ）は土の表面上の水道管の真上の位置から６０ｍｍ離れていた場合、（ｃ）は土の表面上の水道管の真上の位置から１８０ｍｍ離れていた場合の音響信号波形を示す。
図からわかるように、コイルが真上にある場合に音響信号強度が最も大きく、コイルの位置が真上から離れるに従って音響信号強度が小さくなることがわかる。このように、コイルの位置を変化させて、音響信号が最も大きくなる位置を探せば、その真下に配管があることがわかる。
次に、本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の断裂の有無、断列位置を測定する方法を説明する。
第２８図は、本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の断裂の有無の診断、断裂位置を測定する方法を示す図である。
プレストレス・コンクリートである長尺の鉄筋コンクリート４１中に埋め込まれた鉄筋４２の露出部分４３に音響変換器１４を取り付け、長尺の鉄筋コンクリート４１の表面にコイル１２を取り付け、コイル１２から磁場パルスを印加して鉄筋の表面に渦電流を誘起し、渦電流による磁場と磁場パルスとの相互作用力により鉄筋４２を励振する。鉄筋４２が励振されて発生する音響は鉄筋４２を伝わり、鉄筋４２の露出部分４３に取り付けた音響変換器１４で検出される。鉄筋４２が途中４４で断裂していれば、検出される音響信号の強度は小さく、断裂の有無を診断できる。また、長尺鉄筋４１の表面上でコイル１２の位置を変化させて測定すれば、音響信号の有無を生ずる位置から、断裂位置４４を測定できる。
このようにして本発明によれば、鉄筋の断裂の有無の診断、断裂位置を測定できる。
なお本発明は例示的な実施例について説明したものであり、本発明の要旨及び範囲を逸脱することなく、実施例での種々の変更、省略、追加が可能である。従って本発明は実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要素によって規定される範囲及びその規定範囲を包含するものとして理解されなければならない。
産業上の利用可能性
上記説明から理解されるように、本発明によれば、導電体とこの導電体を覆う非導電体とからなる構造物において、導電体をパルス電磁力によって直接、強力に励振できるので、例えば、鉄筋コンクリートの鉄筋を励振して、鉄筋の腐食や付着力を反映した極めて大きな音響信号を得ることができ、鉄筋の位置、腐食、付着力、錆、さらには、コンクリートの剥離、亀裂等の状態を、コンクリートの厚さを問わず、また劣化の程度を問わず、非破壊で確実に、診断・測定できる。したがって、例えば、トンネル，橋梁，建物，擁壁，ダム，土木建築等の鉄筋コンクリート構造物の診断・測定が極めて容易、かつ確実になり、鉄筋コンクリート構造物の保全・管理を確実に行なうことができる。
さらに、本発明のパルス電磁力による診断・測定方法によれば、鉄筋のかぶり深さや径の測定、ボルト・ナット等の締具の締め具合の測定、地中に埋もれた水道管やガス管の位置の測定、鉄筋の断裂といった診断・測定も容易かつ確実にできる。

Claims (14)

  1. 導電体と該導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面に取り付けるコイルと、該コイルに電流パルスを供給する電源部と、上記構造物の表面、または上記非導電体から露出した導電体に取り付ける音響変換器と、該音響変換器の出力波形を計測する計測部とを有し、上記導電体の腐食、付着力を診断または測定することを特徴とする、パルス電磁力による音響診断・測定装置。
  2. 前記音響変換器は、音響信号を電気信号に変換するアコースティックエミッションセンサー、加速度センサー又はマイクロホンであることを特徴とする、請求項１に記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。
  3. 導電体と該導電体を覆う非導電物質とから成る構造物の表面に取り付けるコイルと、該コイルに電流パルスを供給する電源部と、上記構造物の表面の振動を光学的変位として測定する変位検出器と、該変位検出器の出力波形を計測する計測部とを有し、上記導電体の腐食、付着力を診断・測定することを特徴とする、パルス電磁力による音響診断・測定装置。
  4. 前記変位検出器は、コヒーレントなレーザー光を前記構造物の表面に照射し、反射光の構造物表面の振動に伴う位相差を干渉縞として検出するレーザー干渉計であることを特徴とする、請求項３に記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。
  5. 前記コイルは複数のコイルから成り、該複数のコイルはコイルの軸を揃えかつ密着して構成され、前記電源部は上記複数のコイルのそれぞれに直列に接続した蓄電用コンデンサと、該コイルとコンデンサからなる複数の直列回路を共通のスイッチを介して並列に接続した電源とから成り、該共通のスイッチをＯＮにして上記コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。
  6. 前記コイルに静磁場を発生する磁石を付加したことを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。
  7. 前記出力波形を計測する計測部は、該出力波形の時間領域の波形を計測して表示し、該時間領域の波形から前記腐食、付着力に関する特徴を抽出して表示し、または、上記出力波形のフーリエ変換スペクトルからなる周波数領域の波形を演算して表示し、該周波数領域の波形から上記腐食、付着力に関する特徴を抽出して表示し、上記腐食、付着力に関する情報を表示することを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。
  8. 前記時間領域の波形から抽出して表示する特徴は、該時間領域の波形のパターン、波形率、または波高率であり、前記腐食・付着力に関する情報の表示は、上記波形率または波高率を所定のしきい値と比較し、腐食・付着力に関する良・不良の情報を表示することを特徴とする、請求項７に記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。
  9. 前記時間領域の波形から抽出し表示する特徴は、該時間領域の波形の包絡線の形状から抽出する過酷度であり、前記腐食・付着力に関する情報の表示は、該過酷度を所定のしきい値と比較し、腐食・付着力に関する良・不良の情報を表示することを特徴とする、請求項７に記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。
  10. 前記時間領域の波形から抽出し表示する特徴は、該時間領域の波形の各々の値を該実効値で除した規格化波形、または該規格化波形をべき乗した波形であることを特徴とする、請求項７に記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。
  11. 前記規格化波形の包絡線形上から過酷度を抽出し、該過酷度を所定のしきい値と比較し、腐食・付着力に関する良・不良の情報を表示することを特徴とする、請求項１０に記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。
  12. 前記周波数領域の波形から抽出し表示する特徴は、該周波数領域の波形パターンであり、前記腐食、付着力に関する情報の表示は、上記波形パターンを所定のパターンと比較し、腐食・付着力に関する良・不良の情報を表示することを特徴とする、請求項７に記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。
  13. 前記周波数領域の波形から抽出し表示する特徴は、該周波数領域の波形の各々の値を該実効値で除して形成される規格化波形、または該規格化波形をべき乗した波形であり、前記腐食、付着力に関する情報の表示は、上記規格化波形の包絡線形上から過酷度を抽出し、該過酷度を所定のしきい値と比較し、腐食、付着力に関する良・不良の情報を表示することを特徴とする、請求項７に記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。
  14. 導電体と該導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面にコイルを取り付け、該コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、該磁場パルスによって上記導電体に渦電流を誘起させ、該渦電流と上記磁場パルスとの相互作用力により上記導電体を励振させて音響を発生させ、該音響信号を上記構造物の表面、または上記非導電体から露出した上記導電体に取り付けた音響変換器により電気信号に変換し、該電気信号の波形を計測して上記導電体の腐食、付着力を診断、測定することを特徴とする、パルス電磁力による音響診断・測定方法。
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