JP3895573B2

JP3895573B2 - Elastic wave propagation velocity measurement calculation method and nondestructive compressive strength test apparatus using the method

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Publication number: JP3895573B2
Application number: JP2001310021A
Authority: JP
Inventors: 栄司立見
Original assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: JP2003114219A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体（コンクリート、鉄骨等）内を伝播する弾性波の伝播速度を測定する方法において、詳しくは、該弾性波の振動立ち上がり点（以下、「波頭」と呼ぶ。）を抽出する方法及び該方法を用いた非破壊圧縮強度試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物等の圧縮強度を試験する方法には以下のようなものがある。
【０００３】
▲１▼コンクリート打設時にテストピースを作成し、該テストピースに対して所定の時期に圧縮試験機により圧縮強度試験を行う。
【０００４】
▲２▼柱、梁、壁等調べたい場所の一部をコアボーリング等によりサンプリングし、該サンプリングしたテストピースを圧縮試験機により試験する。
【０００５】
▲３▼表面硬度法（シュミットハンマー）による非破壊圧縮強度試験。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記▲１▼、▲２▼、▲３▼の方法には以下のような不都合がともなっている。
【０００７】
▲１▼の場合、テストピースの作成、養生、保管等の管理上の煩雑さ、テストピースの強度から実際の構造物における強度を間接的に類推すると言う対応性の問題等、不都合がある。
【０００８】
▲２▼の場合、構造躯体の一部を採取するために欠損が生じ、更にこの採取には大掛かりな作業が必要である。
【０００９】
▲３▼の場合、コンクリートを局部的に打撃して試験するので、表面硬度のバラツキの影響を受け易く、試験結果に比較的大きなバラツキが生じ、信頼性に欠ける。
【００１０】
これらの問題を解決するために、本出願人は、コンクリートに弾性波を発生させ、該弾性波の伝播速度を測定することにより、コンクリートの圧縮強度を測定する非破壊圧縮強度試験方法及び非破壊圧縮強度試験装置を特願２０００−３２８５１６で提案している。
【００１１】
しかし、この場合、弾性波の伝播速度の算出に厳しい精度が要求されるが、図６に示すように、一般的には振動測定器の潜在ノイズ、測定対象の微振動、外乱等により、上記弾性波の波頭の立ち上がり点ＳＰがノイズに埋もれて判別が困難であり、要求される精度の上記伝播速度の算出が困難である。
【００１２】
そこで本発明は上記事情に鑑み、管理上の煩雑さ、対応性の問題が無く、部材欠損による構造物への損傷を与えることも無く、加えて、容易且つ合理的に信頼性と精度の高い試験結果を得ることができる弾性波伝播速度測定演算方法及び該方法を用いた非破壊圧縮強度試験装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、所定の距離（Ｌ）を置いて配置された第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）により、固体内を伝播する弾性波（ＰＳ）をそれぞれ検知し、前記弾性波（ＰＳ）が前記第１及び第２センサ（Ｓ１，Ｓ２）により検知される時間差（ΔＴ）を測定し、該時間差（ΔＴ）と前記距離（Ｌ）から前記弾性波（ＰＳ）の前記固体内での伝播速度（Ｖ）を演算する方法において、
前記第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）により検知された前記弾性波（ＰＳ）の第１及び第２電圧波形（３１，３２）の所定の立ち上がり領域（Ａ１，Ａ２）における波形の最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）をそれぞれ演算し、
それら演算された前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）に対して所定の割合を有する勾配を波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）としてそれぞれ演算し、
それら演算された前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を有する前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の立ち上がり領域（Ａ１，Ａ２）における位置をそれぞれ波頭（Ｈ１，Ｈ２）として、当該波頭間の前記時間差（ΔＴ）を求めて、前記伝播速度（Ｖ）を演算する、
ことを特徴とする弾性波伝播速度測定演算方法である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）の演算において、
前記弾性波（ＰＳ）の第１及び第２電圧波形（３１，３２）を所定のサンプリング間隔（ＳＴ）でサンプリングして第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）を収集し、
前記第1及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に基づき、第１及び第２電圧波形（３１，３２）それぞれについて、前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を演算する、
ことを特徴とする請求項１記載の弾性波伝播速度測定演算方法である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）の演算において、
前記収集された第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に基づいて、それら第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）の各サンプリング点（ＳＰ１１〜ＳＰ１５，ＳＰ２１〜ＳＰ２６）を通過する第１及び第２補間波形（５０１，５０２）を演算し、
それら演算された第１及び第２補間波形（５０１，５０２）に基づいて前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を演算する、
ことを特徴とする請求項２記載の弾性波伝播速度測定演算方法である。
【００１６】
請求項４に係る発明は、固体の圧縮強度を測定する非破壊圧縮強度試験装置（１）において、
試験対象物に弾性波（ＰＳ）を発生させる振動発生手段（５）と、
該試験対象物上に所定の距離を置いて配置し得る第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）と、
前記第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）により検知された前記弾性波（ＰＳ）の第１及び第２電圧波形（３１，３２）の所定の立ち上がり領域（Ａ１，Ａ２）における最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）をそれぞれ演算する最大勾配演算手段（２２３，２３３）と、
前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）に対して所定の割合を有する勾配を波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）としてそれぞれ演算し、それら演算された前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を有する前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の立ち上がり領域（Ａ１，Ａ２）における位置をそれぞれ波頭（Ｈ１，Ｈ２）として抽出する波頭抽出手段（２２４，２３４）と、
前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の波頭（Ｈ１，Ｈ２）の各発生した時間（Ｔ_ｈ１，Ｔ_ｈ２）の時間差（ΔＴ）を求める時間差検出手段（２４）と、
前記時間差（ΔＴ）と、前記第１及び第２のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）の所定の距離（Ｌ）に基づき、試験対象物のコンクリートを伝播する前記弾性波（ＰＳ）の伝播速度（Ｖ）を演算する速度演算手段（２５）と、
前記演算された弾性波（ＰＳ）の伝播速度（Ｖ）に基づき、試験対象物の圧縮強度（Ｆ）を演算する圧縮強度演算手段（２６）と、
を有することを特徴とする非破壊圧縮強度試験装置（１）である。
【００１７】
請求項５に係る発明は、前記弾性波（ＰＳ）の第１及び第２電圧波形（３１，３２）を所定のサンプリング間隔（ＳＴ）でサンプリングして第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）を収集するアナログ／デジタル変換手段（２２１，２３１）を有し、
前記最大勾配演算手段（２２３，２３３）が、
前記第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に基づき、前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）それぞれについて、前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）を演算し、
前記波頭抽出手段（２２４，２３４）が、
前記第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）と前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）とに基づき、前記第１及び第２電圧波形（３１，３２）それぞれについて、前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を演算する、
ことを特徴とする請求項４記載の非破壊圧縮強度試験装置（１）である。
【００１８】
請求項６に係る発明は、前記第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に基づき、それら第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）の各サンプリング点（ＳＰ１１〜ＳＰ１５，ＳＰ２１〜ＳＰ２６）を通過する第１及び第２補間波形（５０１，５０２）を演算する補間波形演算手段（２２２，２３２）を有し、
前記最大勾配演算手段（２２３，２３３）が、
前記第１及び第２補間波形（５０１，５０２）に基づいて、前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）を演算し、
前記波頭抽出手段が、
前記第１及び第２補間波形（５０１，５０２）と前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）とに基づいて、前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を演算する、
ことを特徴とする請求項５記載の非破壊圧縮強度試験装置（１）である。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、波頭近傍（Ａ１，Ａ２）における上記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）に所定の比を掛けて算出した勾配値を波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）として求め、第１及び第２電圧波形（３１，３２）において対応する勾配値を有する位置を波頭（Ｈ１，Ｈ２）として抽出していることから、波頭近傍（Ａ１，Ａ２，ＳＰ）における潜在ノイズ等による上記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の乱れに影響されることがなく、正確に波頭（Ｈ１，Ｈ２）を抽出することができる。また、勾配値の比により波頭（Ｈ１，Ｈ２）を求めていることから、上記第１及び第２電圧波形（３１，３２）の増幅度や電圧振幅の大小が問題にならず、更に、電圧振幅の差を取るので上記第１及び第２電圧波形（３１，３２）のドリフトやゼロ点の影響は除外され、高精度に測定対象を伝播する弾性波（ＳＰ）の速度（Ｖ）を算出することができる。
【００２０】
請求項２の発明によると、波頭近傍（Ａ１，Ａ２）における上記第１及び第２電圧波形（３１，３２）を所定のサンプリング間隔（ＳＴ）でサンプリングして第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）を収集するので、コンピュータによる演算により各波頭（Ｈ１，Ｈ２）を抽出することが可能となり、測定対象物を伝播する弾性波（ＰＳ）の速度（Ｖ）を高精度で算出することができる。
【００２１】
請求項３の発明によると、上記所定のサンプリング間隔（ＳＴ）でサンプリングされたデジタルデータである第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に基づき、それらの第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）の各サンプリング点（ＳＰ１１〜ＳＰ１５，ＳＰ２１〜ＳＰ２６）を通過する高次式から第１及び第２補間波形（５０１，５０２）を演算し、それら演算された第１及び第２補間波形（５０１，５０２）に基づいて前記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び前記波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を演算するので、上記サンプリング間隔（ＳＴ）がある程度の大きさを許容したものであっても、合理的且つ精度を高く上記波頭（Ｈ１，Ｈ２）を抽出することができ、ひいては、測定対象物を伝播する弾性波（ＰＳ）の速度（Ｖ）を高精度で算出することができる。これにより、サンプリング間隔（ＳＴ）を余り短くできない市販のパソコン等の使用が可能となり、小型且つ実用的な装置の実現が可能となる。
【００２２】
請求項４の発明によると、比較的短い測定距離（Ｌ）で容易に、精度の高い試験対象物における弾性波（ＰＳ）の伝播速度（Ｖ）を測定することができ、該伝播速度（Ｖ）から導出する試験対象物の圧縮強度（Ｆ）を容易に精度よく試験することが可能である。また、試験対象物の表面状態や場所（Ｐ１，Ｐ２）を選ばないので、実構造物の様々な部位で簡易に試験対象物の非破壊圧縮強度試験が可能であり、更に、管理上の煩雑さ、対応性の問題が無く、部材欠損による構造物への損傷を与えることも無く、容易に信頼性と精度の高い試験対象物の非破壊圧縮強度試験ができる。
【００２３】
請求項５の発明によると、弾性波（ＰＳ）の波頭近傍（Ａ１，Ａ２）のアナログ信号（３１，３２）をデジタルデータである第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）に変換し、該第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）からコンピュータにより合理的に上記波頭（Ｈ１，Ｈ２）を抽出することが可能となり、ひいては、合理的且つ精度の高い試験対象物における弾性波（ＰＳ）の伝播速度（Ｖ）を測定することができ、該伝播速度（Ｖ）から導出する試験対象物の圧縮強度（Ｆ）を容易に精度よく試験することができる。
【００２４】
請求項６の発明によると、上記第１及び第２離散データ（ＳＰ１，ＳＰ２）から上記第１及び第２補間波形（５０１，５０２）を求め、該第１及び第２補間波形（５０１，５０２）に基づいて上記最大勾配（Φｍ１，Φｍ２）及び波頭勾配値（Φｈ１，Φｈ２）を算出するので、上記Ａ／Ｄ変換手段（２２１，２３１）の演算速度が遅くて処理能力が低く、該Ａ／Ｄ変換におけるサンプリング間隔（ＳＴ）が比較的大きくても、合理的且つ精度を高く波頭（Ｈ１，Ｈ２）を抽出することができ、ひいては、合理的且つ精度の高い試験対象物における弾性波（ＰＳ）の伝播速度（Ｖ）を測定することができ、該伝播速度（Ｖ）から導出する試験対象物の圧縮強度（Ｆ）を容易に精度よく試験することが可能である。
【００２５】
尚、括弧内の番号等は、図面及び本文における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上及び本文中の記載に限定拘束されるものではない。
【００２６】
また、図示した振動波形は正方向への立ち上りを示しているが、負方向への立ち上りの場合は波形の符号を変えれば同様の扱いとなる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づき、本発明に係るコンクリートの弾性波伝播速度演算方法及び該方法を用いた非破壊圧縮強度試験装置の実施例を示す。
【００２８】
図１は、本発明に係るコンクリートの非破壊圧縮強度試験の様子を模擬した断面図である。
【００２９】
１は非破壊圧縮強度試験装置であり、該非破壊圧縮強度試験装置１は、器具３と制御装置２とを備えている。
【００３０】
該器具３はフレーム３１を有しており、該フレーム３１は試験結果に影響を与えないために、コンクリートより弾性波伝播速度の低い材質でできている。また、フレーム３１の両端部近傍には第１センサＳ１，第２センサＳ２が所定の距離Ｌを介して設けられており、上記器具３は全体としてコの字型になっている。更にフレーム３１の中央付近は、試験者が手で握り持ち運びできる取手部３１ａが形成されている。上記第１センサＳ１及び第２センサＳ２はケーブル４により上記制御装置２と接続されている。
【００３１】
図２は、上記制御装置２及び器具３の制御構成を示すブロック図である。第１センサＳ１及び第２センサＳ２は、図２に示すように振動検知部Ｓ１２，Ｓ２２を有しており、該振動検知部Ｓ１２，Ｓ２２は、ケーブル４を介してフィルタ・増幅器Ｓ１１，Ｓ２１が接続されており、該フィルタ・増幅器Ｓ１１，Ｓ２１は上記制御装置２内におさめられ、後述する制御装置２内のＡ／Ｄ変換部２２１，２３１と電気的に接続されている。尚、該振動検知部Ｓ１２，Ｓ２２間の間隔は上述したように上記所定の距離Ｌとなっている。
【００３２】
上記制御装置２には、図２に示すように上記主制御部２１が設けられており、上記振動検知部Ｓ１２，Ｓ２２で振動を検知し、フィルタ・増幅器Ｓ１１，Ｓ２１により目標とする周波数帯域の振動が抽出されて増幅され、その検知信号が上記制御装置２の上記Ａ／Ｄ変換部２２１，２３１に伝送される。また主制御部２１には、第１波形演算部２２、第２波形演算部２３、時間差検出部２４、速度演算部２５、圧縮強度演算部２６、記録部２７、表示出力部２８等が設けられている。更に、上記第１波形演算部２２及び上記第２波形演算部２３は、それぞれアナログデジタル変換部（以下、「Ａ／Ｄ変換部」と呼ぶ。）２２１，２３１、補間波形演算部２２２，２３２、最大勾配演算部２２３，２３３、波頭抽出部２２４，２３４により構成されている。
【００３３】
尚、図１において、ＰＳは上記コンクリート内を伝播する弾性波であり、５は上記コンクリートを打撃して上記弾性波ＰＳを発生させるハンマであり、Ｐ１は上記第１センサＳ１における振動検知点であり、Ｐ２は上記第２センサＳ２における振動検知点であり、Ｐ３は該振動検知点Ｐ１及び上記振動検知点Ｐ２を結んだ略延長線上に任意に選択されたハンマ５による打撃点である。
【００３４】
以上のように非破壊圧縮強度試験装置１は構成されており、該非破壊圧縮強度試験装置１を用いたコンクリートの非破壊圧縮強度試験は以下のように行われる。
【００３５】
まず、図１に示す通り、試験対象物たるコンクリート上の任意の場所に上記器具３を設置し、上記振動検知点Ｐ１及びＰ２を定める。そして、上述の通り該振動検知点Ｐ１とＰ２の略延長線上に打撃点Ｐ３を定めてハンマ５を配置する。
【００３６】
次に、該打撃点Ｐ３を上記ハンマ５にて一回叩き、試験対象物であるコンクリート内に弾性波ＰＳを発生させる。すると、まず該弾性波ＰＳは、上記振動検知点Ｐ１において、上記第１センサＳ１の振動検知部Ｓ１２により検知される。該検知された弾性波ＰＳは、上記フィルタ・増幅器Ｓ１１において、例えば、図３に示すアナログ信号である第１電圧波形３１のように増幅される。
【００３７】
続いて、上記ハンマ５にて発生させられた上記弾性波ＰＳは、上記振動検知点Ｐ２において、上記第２センサＳ２の振動検知部Ｓ２２により検知される。該検知された弾性波ＰＳは、上記フィルタ・増幅器Ｓ２１において、例えば、図３に示すアナログ信号である第２電圧波形３２のように増幅される。
【００３８】
尚、図３における上記第１電圧波形３１と上記第２電圧波形３２の立ち上がり点、即ち波頭Ｈ１，Ｈ２の位相差ＩＤは、上記打撃点Ｐ３から上記振動検知点Ｐ１までの距離と上記打撃点Ｐ３から上記振動検知点Ｐ２までの距離との差である上記所定の距離Ｌにより生じる、上記弾性波ＰＳの到達時間差ΔＴによるものである。
【００３９】
この場合、実構造物での測定を考慮すると、上記所定の距離Ｌは２０〜３０（ｃｍ）程度が望ましい。また、弾性波の振動数を４（ｋＨｚ）、該弾性波の速度を４０００（ｍ／ｓ）と仮定すると、波長は４０００（ｍ／ｓ）÷４（ｋＨｚ）＝１（ｍ）程度となり、上記所定の距離Ｌは該波長１（ｍ）の２〜３割程度となる。すると、上記ΔＴは、２０（ｃｍ）÷４０００（ｍ／ｓ）＝５０（μｓ）及び３０（ｃｍ）÷４０００（ｍ／ｓ）＝７５（μｓ）より、５０〜７５（μｓ）となる。従って、仮に測定誤差が２％程度とすると、上記ΔＴの測定誤差は、１〜１．５（μｓ）となり、上記弾性波の伝播速度の誤差は、４０００（ｍ／ｓ）×０．０２＝８０（ｍ／ｓ）となる。よって、上記所定の距離Ｌが２０〜３０（ｃｍ）であることを考慮すると、正確な上記到達時間差ΔＴの測定が必要である。
【００４０】
しかしながら、上述の通り、上記第１電圧波形３１及び上記第２電圧波形３２の立ち上り点は、外乱等のノイズに埋もれ、該立ち上り点を正確に抽出することは困難である。そこで、該第１電圧波形３１及び該第２電圧波形３２の各波頭Ｈ１，Ｈ２を合理的且つ正確に抽出するために、まず上記第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２をそれぞれＡ／Ｄ変換して所定のサンプリング時間による複数の離散データに変換する。そして、該複数の離散データから高次式による補間波形に戻した後、該補間波形の最大勾配を求め、該最大勾配に所定の比を掛けて算出した勾配値を該補間波形の波頭の勾配値とし、該波頭の勾配値が発生した時間を波頭の発生時間として抽出する。
【００４１】
まず、図１、図２、図３、図４、図５及び図７に基づき、上記第１センサＳ１及び第２センサＳ２から上記ケーブル４及び上記フィルタ・増幅器Ｓ１１，Ｓ２１を介して上記制御装置２に各入力された上記弾性波ＰＳの上記アナログ信号（第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２）の上記制御装置２内での処理について説明する。
【００４２】
ここで、図３は第１センサＳ１及び第２センサＳ２により各検知された上記弾性波ＳＰのアナログ信号である波形を示す時間−電圧グラフであり、図４は上記図３のアナログ信号である第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２の立ち上がり点、即ち波頭近傍（例えば、各電圧波形３１，３２の電圧振幅が０となる時点Ｚ１，Ｚ２から所定時間ＴＰだけ前の時点ＳＴ１，ＳＴ２）から第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２が極大値ＰＫ１，ＰＫ２を取るまでのエリアＡ１及びＡ２（このエリアＡ１，Ａ２の開始時点であるＳＴ１，ＳＴ２は、上述のように適宜設定して決定する他に、任意の方法で設定することができる。例えば、時点Ｚ１，Ｚ２より以前の勾配値が０となる点ＺＸなど）の信号を所定のサンプリング間隔でＡ／Ｄ変換した離散データをプロットした時間−電圧グラフであり、図５は上記図４の第１離散データＳＰ１及びＳＰ２から各求めた高次式に基づき、滑らかな補間波形として描いた時間−電圧グラフであり、図７はコンクリートの圧縮強度とコンクリートを伝播する弾性波速度の関係を示す弾性波速度−圧縮強度グラフである。
【００４３】
上記第１センサＳ１において検知され、上記上記フィルタ・増幅器Ｓ１１において増幅されたアナログ信号である弾性波ＰＳ（図１）の第１電圧波形３１（図３）について、第１波形演算部２２（図２）における処理を説明する。
【００４４】
上記上記フィルタ・増幅器Ｓ１１において増幅された上記アナログ信号である第１電圧波形３１（図３）は、上記制御装置２（図１）内の第１波形演算部２２（図２）のＡ／Ｄ変換部２２１（図２）で、所定のサンプリング時間ＳＴ（例えば、６．４μｓｅｃ）により第１離散データＳＰ１（図４）に変換されて上記補間波形演算部２２２（図２）に出力される。尚、上記サンプリング時間ＳＴは短ければ短いほどよいが、小型且つ安価な市販のパソコン等を用いる限りにおいては、例えば、０．０５（μｓｅｃ）程度のサンプリングでの処理は困難を伴う。従って、実用上、やや大きなサンプリング時間ＳＴを許容した形でのＡ／Ｄ変換が行われる。しかし、このままでは、第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２の各波頭Ｈ１，Ｈ２を正確に抽出することは、上記サンプリング時間ＳＴが長すぎて困難である。従って、上記問題点を克服しつつ、上記各波頭Ｈ１，Ｈ２を正確に抽出するために、以下の処理を行う。
【００４５】
上記補間波形演算部２２２は、上記Ａ／Ｄ変換部２２１から入力された上記第１離散データＳＰ１（図４）に基づき、図５に示す通り、第１離散データＳＰ１を構成する各サンプリング点ＳＰ１１，ＳＰ１２，ＳＰ１３，ＳＰ１４，ＳＰ１５を通過する滑らかな第１補間波形５０１（図５）である高次式を算出し、上記最大勾配演算部２２３（図２）に出力する。尚、該高次式は、最小２乗法により求められる。また、図４に示すように、第１離散データＳＰ１のサンプリング状況で、上記第１離散データＳＰ１を各直線で結んだのみの電圧波形では、既に述べたように、電圧波形の分解能が悪い。しかし、上記高次式を求めることにより、サンプリング時間ＳＴを過度に短くしなくても、電圧波形の分解能を高めることができる。
【００４６】
次に、波形の立ち上がり位置、即ち波頭Ｈ１，Ｈ２を求める方法としては、電圧波形の振幅により求める方法がある。この方法は既に述べたように、外乱等があり困難である。そこで、振幅の微分値である電圧波形の勾配に着目し、電圧波形が最初に極大値ＰＫ１，ＰＫ２を取るまでの領域Ａ１，Ａ２における最大勾配Φｍ１，Φｍ２を求め、電圧波形が該最大勾配Φｍ１，Φｍ２に対して所定の割合の勾配Φｈ１，Φｈ２をとる位置を、第１補間波形５０１及び後述する第２補間波形５０２の領域Ａ１，Ａ２について演算して求め、当該位置を、各電圧波形３１，３２の波頭Ｈ１，Ｈ２とする。
【００４７】
尚、図５は、電圧振幅と時間の関係を示すものであるが、第１補間波形５０１の時間Ｔ_ｎにおける勾配Φ_ｎは、Φ_ｎ＝（Ｖ_ｎ−Ｖ_ｎ−１）／ｄｔで表され、ｄｔ＝Ｔ_ｎ−Ｔ_ｎ−１である。従って、該電圧波形の最大勾配Φｍ１は、Φｍ１＝（Ｖ_ｍ１−Ｖ_ｍ１−１）／ｄｔで表される。また、上記波頭の勾配Φｈ１は、Φｈ１＝（Ｖ_ｈ１−Ｖ_ｈ１−１）／ｄｔであり、且つ、ｄｔ＝Ｔ_ｈ１−Ｔ_ｈ１−１であることから、この時ｄｔを一定値とすると、上記最大勾配Φｍ１に対する上記波頭の勾配Φｈ１の比は、Φｈ１／Φｍ１＝（Ｖ_ｈ１−Ｖ_ｈ１−１）／（Ｖ_ｍ１−Ｖ_ｍ１−１）となる。つまり、該電圧波形の勾配Φｈ１の上記最大勾配値Φｍ１に対する比は、電圧振幅増分比となっている。従って、該最大勾配値Φｍ１に所定の比を掛けて上記波頭勾配値Φｈ１を算出することにより、電圧波形の増幅度や電圧振幅の大小が問題にならない。また、電圧振幅の差を取るので、該電圧波形のドリフトやゼロ点の影響は除外される。
【００４８】
こうした観点から、上記最大勾配演算部２２３（図２）は、上記補間波形演算部２２２（図２）から入力された上記第１補間波形５０１（図５）の高次式に基づき、該第１補間波形５０１の最大勾配値Φｍ１を算出して上記波頭抽出部２２４に出力する。該最大勾配値Φｍ１は、上記第１補間波形５０１の高次式をエリアＡ１を範囲として、時間で微分した値の最大値である。
【００４９】
そして、上記波頭抽出部２２４は、上記最大勾配演算部２２３（図２）から入力された上記最大勾配値Φｍ１に所定の比を掛けて波頭勾配値Φｈ１を算出する。更に、該波頭勾配値Φｈ１と図５における上記第１補間波形５０１を比較し、上記第１補間波形５０１の勾配値が上記波頭勾配値Φｈ１と等しくなるポイントを波頭Ｈ１（図５）として抽出する。そして、該波頭Ｈ１（図５）の発生した時間Ｔ_ｈ１を上記時間差検出部２４（図２）へ出力する。ここで、上記所定の比は、実際には１／１５〜１／２０が適当な値である。
【００５０】
尚、上記第２センサＳ２において検知されたアナログ信号である弾性波ＰＳ（図１）の第２電圧波形３２（図３）は、上記第１センサＳ１において検知されたアナログ信号である弾性波ＰＳ（図１）の第１電圧波形３１（図３）と同様に、上記第２波形演算部２３において処理される。すなわち、上記制御装置２（図１）内の第２波形演算部２３（図２）のＡ／Ｄ変換部２３１（図２）で、所定のサンプリング時間ＳＴ（例えば、６．４μｓｅｃ）により第２離散データＳＰ２（図４）に変換され、上記補間波形演算部２３２（図２）において、該第２離散データＳＰ２に基づき、該第２離散データＳＰ２を構成する各サンプリング点ＳＰ２１，ＳＰ２２，ＳＰ２３，ＳＰ２４，ＳＰ２５，ＳＰ２６を通過する滑らかな第２補間波形５０２（図５）である高次式を算出し、上記最大勾配演算部２３３（図２）において、該高次式に基づき、第２補間波形５０２（図５）の最大勾配値Φｍ２を算出する。そして、上記波頭抽出部２３４において、該最大勾配値Φｍ２に所定の比を掛けて波頭勾配値Φｈ２を算出し、該波頭勾配値Φｈ２と図５における上記第２補間波形５０２を比較し、上記第２補間波形５０２の勾配値が上記波頭勾配値Φｈ２と等しくなるポイントを波頭Ｈ２（図５）として抽出し、該波頭Ｈ２（図５）の発生した時間をＴ_ｈ２として上記時間差検出部２４（図２）に出力する。
【００５１】
続いて、上記制御装置２（図１）において、上述の通り第１波形演算部２２（図２）及び第２波形演算部２３（図２）よりそれぞれ抽出された上記波頭Ｈ１の発生した時間Ｔ_ｈ１及び上記波頭Ｈ２の発生した時間Ｔ_ｈ２に基づき、上記弾性波ＰＳの伝播速度を算出し、該伝播速度から導出するコンクリートの圧縮強度試験を行うためのシーケンスを説明する。
【００５２】
図７に示すようにコンクリート圧縮強度Ｆと弾性波速度ｖの実験統計式Ｆ＝ｆ（ｖ）は予め実験に基づいて統計的に求められており、該圧縮強度Ｆは、実験統計式Ｆ＝ｆ（ｖ）により求まる。従って、上述の通り求めた上記第１補間波形５０１及び上記第２補間波形５０２の各波頭Ｈ１，Ｈ２の発生した時間Ｔ_ｈ１，Ｔ_ｈ２の時間差である上記ΔＴと、上記所定の距離Ｌとから、上記伝播速度Ｖを求め、該伝播速度Ｖを上記実験統計式Ｆ＝ｆ（ｖ）に代入して試験対象物の上記圧縮強度Ｆを算出することができる。
【００５３】
まず、上記時間差検出部２４（図２）は、上記第１波形演算部２２の波頭抽出部２２４及び上記第２波形演算部２３の波頭抽出部２３４から各入力された上記Ｔ_ｈ１及び上記Ｔ_ｈ２に基づき、上記弾性波ＰＳがコンクリート内を伝播して上記第１センサＳ１の振動検知部Ｓ１２と上記第２センサＳ２の振動検知部Ｓ２２に各到達した時間差であるΔＴを算出し、上記速度演算部２５（図２）に出力する。該ΔＴは、具体的には、ΔＴ＝Ｔ_ｈ２−Ｔ_ｈ１である。
【００５４】
上記速度演算部２５は、上記時間差演算部２４から入力された上記ΔＴと上記所定の距離Ｌ（図１）に基づき、コンクリート内を伝播する上記弾性波ＰＳ（図１）の伝播速度Ｖを算出し、上記圧縮強度演算部２６（図２）に出力する。該伝播速度Ｖは、具体的には、Ｖ＝Ｌ／ΔＴにより算出される。尚、実構造物での試験を対象とすると、測定距離である上記所定の距離Ｌは、上述の通り、２０〜３０ｃｍが望ましい。
【００５５】
上記圧縮強度演算部２６は、上記速度演算部２５から入力された上記伝播速度Ｖと、図７に示すように実験により統計的に既知となっているコンクリートの圧縮強度とコンクリートを伝播する弾性波速度の関係とに基づいて、上記試験対象物であるコンクリートの圧縮強度Ｆを算出して上記記録部２７に出力する。上述の通り、該圧縮強度Ｆは、実験統計式Ｆ＝ｆ（ｖ）に上記伝播速度Ｖを代入して算出する。
【００５６】
上記記録部２７は、上記圧縮強度演算部２６から入力された上記圧縮強度Ｆを記録すると共に、上記表示出力部２８（図２）に該圧縮強度Ｆをデータとして出力する。
【００５７】
そして、上記表示出力部２８（図２）は、上記記録部２７から入力されたデータである上記圧縮強度Ｆを、例えば、ディスプレイ等の表示器に出力して、該データを視覚的に認識可能なものとする。
【００５８】
上述の通り、本実施例においては、試験対象物を伝播する弾性波のアナログ信号である電圧波形を、該電圧波形の波頭近傍を範囲として、Ａ／Ｄ変換によりデジタルデータである複数の離散データに変換した後、該複数の離散データに基づき、高次式を算出し、係る高次式の最大勾配値を算出し、該最大勾配値に所定の比を掛けて算出した勾配値を上記波頭の勾配値として該波頭を抽出している。しかし、上記複数の離散データから上記高次式を算出する理由は、上述の通り、実用として使用されるパソコン等では、上記Ａ／Ｄ変換部２２１並びに２３１の演算速度が遅く、高速な演算をするためにはデータ処理能力が不足しているためである。従って、上記Ａ／Ｄ変換部２２１並びに２３１の演算速度が高速でデータ処理能力が充分に高く、例えば、Ａ／Ｄ変換におけるサンプリング時間が、０．０５μｓｅｃ程度で可能ならば、上述のように、上記高次式を算出することなく、上記弾性波のアナログ信号である電圧波形を該電圧波形の波頭近傍を範囲としてＡ／Ｄ変換したデジタルデータである複数の離散データから、時間軸上で各隣合った該複数の離散データのそれぞれの勾配値を算出し、該算出したそれぞれの勾配値の中から最大勾配値を選択し、該最大勾配値に所定の比を掛けて波頭の勾配として上記波頭を抽出しても、合理的且つ精度高く波頭を抽出することが可能である。従って、上記Ａ／Ｄ変換部２２１並びに２３１の演算速度が高速で充分に演算能力が高いものであれば、上述のように上記高次式を算出することなく上記試験対象物を伝播する弾性波の速度を算出することが可能である。
【００５９】
また、本実施例においては、上記第１センサＳ１の振動検知部Ｓ１２並びに上記第２センサＳ２の振動検知部Ｓ２２において、上記ハンマ５にて上記試験対象物内に発生させた弾性波ＰＳをそれぞれ検知し、各振動検知部Ｓ１２，Ｓ２２においてそれぞれ検知した弾性波ＰＳの波頭の発生時間Ｔ_ｈ１，Ｔ_ｈ２に基づいて、上記時間差ΔＴを算出している。しかし、例えば、上記第１センサＳ１が、振動発生手段を含むものであり、該第１センサＳ１に含まれる振動発生手段により発生させた振動を、上記第１センサＳ１の振動検知部Ｓ２２が、上記試験対象物内を伝播する弾性波を検知するのではなく、直接上記第１センサＳ１内を伝播する振動を検知するか、或いは、上記第１センサＳ１に含まれる振動発生手段により振動を発生させた時間を記録するなどして、該検知した振動の波頭の発生時間、或いは、上記記録した時間を、上記Ｔ_ｈ１としてもよい。すなわち、該Ｔ_ｈ１と、上記第１センサＳ１に含まれる振動発生手段により上記試験対象物内に発生させた弾性波を上記第２センサの振動検知部Ｓ２２により検知して算出した上記Ｔ_ｈ２と、に基づいて、上記ΔＴを算出することができる。
【００６０】
以上のように本実施形態では、上記弾性波の波頭近傍のアナログ信号をデジタルデータである離散データに変換し、該離散データから上述の通り合理的に上記波頭を抽出することから、比較的短い測定距離で容易に精度の高いコンクリート内における弾性波の伝播速度を測定することができ、該伝播速度から導出するコンクリートの圧縮強度を容易に精度よく試験することが可能である。また、コンクリートの表面状態や場所を選ばないので、実構造物の様々な部位で簡易にコンクリートの非破壊圧縮強度試験が可能であり、更に、管理上の煩雑さ、対応性の問題が無く、部材欠損による構造物への損傷を与えることも無く、容易に信頼性と精度の高いコンクリートの非破壊圧縮強度試験を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非破壊圧縮強度試験の様子を模擬した断面図。
【図２】図１における制御装置２及び器具３の制御構成を示すブロック図。
【図３】図１における第１センサＳ１及び第２センサＳ２により各検知された上記弾性波ＳＰのアナログ信号である波形を示す時間−電圧グラフ。
【図４】図３のアナログ信号である第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２の立ち上がり点から第１電圧波形３１及び第２電圧波形３２が極大値ＰＫ１，ＰＫ２を取るまでのエリアＡ１及びＡ２の信号を所定のサンプリング間隔でＡ／Ｄ変換した離散データをプロットした時間−電圧グラフ。
【図５】図４の第１離散データＳＰ１及びＳＰ２から各求めた高次式に基づき、滑らかな補間波形として描いた時間−電圧グラフ。
【図６】弾性波の立ち上がり近傍に電圧波形を示す時間−電圧グラフ。
【図７】コンクリートの圧縮強度とコンクリートを伝播する弾性波速度の関係を示す弾性波速度−圧縮強度グラフ。
【符号の説明】
１非破壊圧縮強度試験装置
５ハンマ（振動発生手段）
２４時間差検出部（時間差検出手段）
２５速度演算部（速度演算手段）
２６圧縮強度演算部（圧縮強度演算手段）
３１第１電圧波形
３２第２電圧波形
２２１第１電圧波形に対するＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ変換手段）
２２２第１電圧波形に対する補間波形演算部（補間波形演算手段）
２２３第１補間波形に対する最大勾配演算部（最大勾配演算手段）
２２４第１補間波形に対する波頭抽出部（波頭抽出手段）
２３１第２電圧波形に対するＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ変換手段）
２３２第２電圧波形に対する補間波形演算部（補間波形演算手段）
２３３第２補間波形に対する最大勾配演算部（最大勾配演算手段）
２３４第２補間波形に対する波頭抽出部（波頭抽出手段）
５０１第１補間波形
５０２第２補間波形
Ａ１第１電圧波形における所定の立ち上がり領域
Ａ２第２電圧波形における所定の立ち上がり領域
Ｆコンクリートの圧縮強度
Ｈ１第１電圧波形又は第１補間波形における波頭
Ｈ２第２電圧波形又は第２補間波形における波頭
Ｌ第１及び第２センサ間の所定の距離
ＰＫ１第１電圧波形の波頭後最初の極大値
ＰＫ２第２電圧波形の波頭後最初の極大値
ＰＳ弾性波
ＳＰ１第１離散データ
ＳＰ１１〜ＳＰ１５第１離散データを構成するサンプリング点
ＳＰ２第２離散データ
ＳＰ２１〜ＳＰ２６第２離散データを構成するサンプリング点
ＳＴ所定のサンプリング間隔
ＳＴ１第１電圧波形における所定の立ち上がり領域の始まりの時点
ＳＴ２第２電圧波形における所定の立ち上がり領域の始まりの時点
Ｔ_ｈ１第１電圧波形又は第１補間波形における波頭が発生した時間
Ｔ_ｈ２第２電圧波形又は第２補間波形における波頭が発生した時間
ＴＰ所定時間
Ｖ弾性波の伝播速度
ΔＴ弾性波が第１及び第２センサにより検知された時間差
Φｈ１第１電圧波形又は第１補間波形における波頭勾配値
Φｈ２第２電圧波形又は第２補間波形における波頭勾配値
Φｍ１第１電圧波形又は第１補間波形における最大勾配
Φｍ２第２電圧波形又は第２補間波形における最大勾配[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring the propagation speed of an elastic wave propagating in a solid (concrete, steel frame, etc.), and more specifically, a method for extracting a vibration rising point (hereinafter referred to as “wavefront”) of the elastic wave. And a nondestructive compressive strength test apparatus using the method.
[0002]
[Prior art]
Methods for testing the compressive strength of concrete structures and the like include the following.
[0003]
(1) A test piece is prepared at the time of placing concrete, and a compressive strength test is performed on the test piece by a compression tester at a predetermined time.
[0004]
(2) A part of a place to be examined such as a pillar, a beam, or a wall is sampled by core boring or the like, and the sampled test piece is tested by a compression tester.
[0005]
(3) Nondestructive compressive strength test by surface hardness method (Schmidt Hammer).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above methods (1), (2), and (3) have the following disadvantages.
[0007]
In the case of {circle around (1)}, there are inconveniences such as the complexity of test piece creation, curing, storage, and the like, and the compatibility problem of indirectly inferring the strength of the actual structure from the strength of the test piece.
[0008]
In the case of {circle around (2)}, a defect occurs in order to extract a part of the structural casing, and this operation requires a large-scale work.
[0009]
In the case of {circle around (3)}, since concrete is hit and tested locally, it is easily affected by variations in surface hardness, resulting in relatively large variations in test results and lack of reliability.
[0010]
In order to solve these problems, the present applicant has developed a non-destructive compressive strength test method and a non-destructive method for measuring the compressive strength of concrete by generating an elastic wave in concrete and measuring the propagation speed of the elastic wave. A compressive strength test apparatus is proposed in Japanese Patent Application No. 2000-328516.
[0011]
However, in this case, strict accuracy is required for calculation of the propagation speed of the elastic wave. However, as shown in FIG. It is difficult to discriminate because the rising point SP of the wave front of the elastic wave is buried in noise, and it is difficult to calculate the propagation velocity with the required accuracy.
[0012]
Therefore, in view of the above circumstances, the present invention has no problem of management complexity and compatibility, and does not cause damage to the structure due to a missing member. In addition, it is easily and reasonably reliable and highly accurate. It is an object of the present invention to provide an elastic wave propagation velocity measurement calculation method capable of obtaining a test result and a nondestructive compressive strength test apparatus using the method.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In the invention according to claim 1, the first and second sensors (S1, S2) arranged at a predetermined distance (L) detect elastic waves (PS) propagating in the solid, respectively, A time difference (ΔT) in which an elastic wave (PS) is detected by the first and second sensors (S1, S2) is measured, and the elastic wave (PS) is measured from the time difference (ΔT) and the distance (L). In the method of calculating the propagation velocity (V) in a solid,
Maximum waveform in a predetermined rising region (A1, A2) of the first and second voltage waveforms (31, 32) of the elastic wave (PS) detected by the first and second sensors (S1, S2). Calculate the gradient (Φm1, Φm2),
A gradient having a predetermined ratio with respect to the maximum gradient (Φm1, Φm2) of the calculated first and second voltage waveforms (31, 32) is calculated as a wavefront gradient value (Φh1, Φh2), respectively.
The positions of the first and second voltage waveforms (31, 32) having the calculated wavefront slope values (Φh1, Φh2) in the rising regions (A1, A2) are defined as wavefronts (H1, H2), respectively. Calculating the time difference (ΔT) between and calculating the propagation velocity (V),
This is an elastic wave propagation velocity measurement calculation method.
[0014]
In the invention according to claim 2, in the calculation of the maximum gradient (Φm1, Φm2) and the wavefront gradient value (Φh1, Φh2),
Sampling the first and second voltage waveforms (31, 32) of the elastic wave (PS) at a predetermined sampling interval (ST) to collect first and second discrete data (SP1, SP2);
Based on the first and second discrete data (SP1, SP2), the maximum gradient (Φm1, Φm2) and the wavefront gradient value (Φh1, Φh2) for the first and second voltage waveforms (31, 32), respectively. Calculate,
The elastic wave according to claim 1, Propagation speed This is a measurement calculation method.
[0015]
In the invention according to claim 3, in the calculation of the maximum gradient (Φm1, Φm2) and the wavefront gradient value (Φh1, Φh2),
Based on the collected first and second discrete data (SP1, SP2), the first and second discrete data (SP1, SP2) pass through the sampling points (SP11 to SP15, SP21 to SP26). 1 and the second interpolation waveform (501, 502) are calculated,
Calculating the maximum gradient (Φm1, Φm2) and the wavefront gradient value (Φh1, Φh2) based on the calculated first and second interpolation waveforms (501, 502);
The elastic wave according to claim 2 Propagation speed This is a measurement calculation method.
[0016]
The invention according to claim 4 is a nondestructive compressive strength test apparatus (1) for measuring the compressive strength of a solid.
Vibration generating means (5) for generating an elastic wave (PS) on the test object;
First and second sensors (S1, S2) that can be arranged at a predetermined distance on the test object;
Maximum gradient (A1, A2) in a predetermined rising region (A1, A2) of the first and second voltage waveforms (31, 32) of the elastic wave (PS) detected by the first and second sensors (S1, S2). Maximum gradient calculation means (223, 233) for calculating Φm1, Φm2),
A gradient having a predetermined ratio with respect to the maximum gradient (Φm1, Φm2) of the first and second voltage waveforms (31, 32) is calculated as a wavefront gradient value (Φh1, Φh2), respectively, and the calculated wavefronts Wave front extraction means (224, 234) for extracting the positions in the rising regions (A1, A2) of the first and second voltage waveforms (31, 32) having the gradient values (Φh1, Φh2) as wave fronts (H1, H2), respectively. )When,
Each occurrence time (T) of the wave front (H1, H2) of the first and second voltage waveforms (31, 32) _h1 , T _h2 ) A time difference detecting means (24) for obtaining a time difference (ΔT) of
Based on the time difference (ΔT) and the predetermined distance (L) of the first and second sensors (S1, S2), the propagation speed (V) of the elastic wave (PS) propagating through the concrete of the test object. Speed calculating means (25) for calculating
A compression strength calculating means (26) for calculating the compression strength (F) of the test object based on the calculated propagation velocity (V) of the elastic wave (PS);
It is a nondestructive compressive strength test apparatus (1) characterized by having.
[0017]
In the invention according to claim 5, the first and second voltage waveforms (31, 32) of the elastic wave (PS) are sampled at a predetermined sampling interval (ST), and the first and second discrete data (SP1, SP2) are obtained. ) Collecting analog / digital conversion means (221, 231),
The maximum gradient calculating means (223, 233)
Based on the first and second discrete data (SP1, SP2), the maximum gradient (Φm1, Φm2) is calculated for each of the first and second voltage waveforms (31, 32),
The wave front extracting means (224, 234)
Based on the first and second discrete data (SP1, SP2) and the maximum gradient (Φm1, Φm2), the wavefront gradient values (Φh1, Φh2) for the first and second voltage waveforms (31, 32), respectively. )
The nondestructive compressive strength test apparatus (1) according to claim 4, wherein
[0018]
The invention according to claim 6 is based on the first and second discrete data (SP1, SP2), and the sampling points (SP11 to SP15, SP21 to SP26) of the first and second discrete data (SP1, SP2). Interpolation waveform calculation means (222, 232) for calculating the first and second interpolation waveforms (501, 502) passing through
The maximum gradient calculating means (223, 233)
Based on the first and second interpolation waveforms (501, 502), the maximum gradient (Φm1, Φm2) is calculated,
The wave front extracting means is
Calculating the wavefront gradient values (Φh1, Φh2) based on the first and second interpolation waveforms (501, 502) and the maximum gradient (Φm1, Φm2);
The nondestructive compressive strength test apparatus (1) according to claim 5, wherein
[0019]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the invention, the gradient value calculated by multiplying the maximum gradient (Φm1, Φm2) of the first and second voltage waveforms (31, 32) in the vicinity of the wavefront (A1, A2) by a predetermined ratio is used as the wavefront. Since the position having the corresponding gradient value in the first and second voltage waveforms (31, 32) is extracted as the wave front (H1, H2) as the gradient value (Φh1, Φh2), the vicinity of the wave front (A1, The wave front (H1, H2) can be accurately extracted without being affected by the disturbance of the first and second voltage waveforms (31, 32) due to the latent noise in A2, SP). Further, since the wave front (H1, H2) is obtained from the ratio of the gradient values, the magnitudes of the amplification degree and voltage amplitude of the first and second voltage waveforms (31, 32) are not a problem. Since the difference in amplitude is taken, the influence of the drift of the first and second voltage waveforms (31, 32) and the influence of the zero point are excluded, and the velocity (V) of the elastic wave (SP) propagating through the measurement object is calculated with high accuracy. can do.
[0020]
According to the invention of claim 2, the first and second discrete data (SP1) are sampled by sampling the first and second voltage waveforms (31, 32) in the vicinity of the wave front (A1, A2) at a predetermined sampling interval (ST). , SP2) are collected, it is possible to extract each wave front (H1, H2) by computer calculation, and calculate the velocity (V) of the elastic wave (PS) propagating through the measurement object with high accuracy. Can do.
[0021]
According to the invention of claim 3, based on the first and second discrete data (SP1, SP2) which are digital data sampled at the predetermined sampling interval (ST), the first and second discrete data (SP1). , SP2), the first and second interpolation waveforms (501, 502) are calculated from the higher order equations passing through the sampling points (SP11 to SP15, SP21 to SP26), and the calculated first and second interpolation waveforms are calculated. Since the maximum gradient (Φm1, Φm2) and the wavefront gradient value (Φh1, Φh2) are calculated based on (501, 502), even if the sampling interval (ST) allows a certain size. The wave front (H1, H2) can be extracted reasonably and with high accuracy, and as a result, the velocity (V) of the elastic wave (PS) propagating through the measurement object can be increased. In can be calculated. This makes it possible to use a commercially available personal computer or the like whose sampling interval (ST) cannot be shortened so much that a small and practical apparatus can be realized.
[0022]
According to the invention of claim 4, the propagation velocity (V) of the elastic wave (PS) in the test object with high accuracy can be easily measured with a relatively short measurement distance (L), and the propagation velocity (V ) Can be easily and accurately tested for the compressive strength (F) of the test object. In addition, since the surface state and location (P1, P2) of the test object are not selected, it is possible to easily perform a nondestructive compressive strength test of the test object at various parts of the actual structure, and further complicated management. In addition, there is no problem of compatibility, and there is no damage to the structure due to member loss, and a non-destructive compressive strength test of a test object can be easily performed with high reliability and accuracy.
[0023]
According to the invention of claim 5, the analog signals (31, 32) near the wavefront (A1, A2) of the elastic wave (PS) are converted into the first and second discrete data (SP1, SP2) which are digital data, The wave front (H1, H2) can be rationally extracted from the first and second discrete data (SP1, SP2) by a computer, and as a result, the elastic wave (PS in the test object with reasonable and high accuracy) can be obtained. ) Propagation velocity (V) can be measured, and the compressive strength (F) of the test object derived from the propagation velocity (V) can be easily and accurately tested.
[0024]
According to the invention of claim 6, the first and second interpolation waveforms (501, 502) are obtained from the first and second discrete data (SP1, SP2), and the first and second interpolation waveforms (501, 502) are obtained. ) Is used to calculate the maximum gradient (Φm1, Φm2) and the wavefront gradient value (Φh1, Φh2), the calculation speed of the A / D conversion means (221, 231) is slow and the processing capability is low. Even if the sampling interval (ST) in the / D conversion is relatively large, it is possible to extract the wave fronts (H1, H2) with a reasonable and high accuracy. PS) propagation velocity (V) can be measured, and the compressive strength (F) of the test object derived from the propagation velocity (V) can be easily and accurately tested.
[0025]
The numbers in parentheses are for the sake of convenience indicating the corresponding elements in the drawings and the text, and therefore the present description is not limited to the descriptions on the drawings and in the text.
[0026]
The illustrated vibration waveform shows rising in the positive direction, but in the case of rising in the negative direction, the same treatment can be performed by changing the sign of the waveform.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the elastic wave propagation velocity calculation method for concrete according to the present invention and a nondestructive compressive strength test apparatus using the method will be described below with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 is a cross-sectional view simulating a state of a nondestructive compressive strength test for concrete according to the present invention.
[0029]
Reference numeral 1 denotes a nondestructive compressive strength test apparatus, and the nondestructive compressive strength test apparatus 1 includes an instrument 3 and a control device 2.
[0030]
The instrument 3 has a frame 31, and since the frame 31 does not affect the test results, it is more elastic than concrete. Propagation speed Made of low material. Moreover, the 1st sensor S1 and 2nd sensor S2 are provided in the vicinity of the both ends of the flame | frame 31 via the predetermined distance L, and the said instrument 3 is U-shaped as a whole. Further, a handle portion 31a that can be held and carried by a tester is formed near the center of the frame 31. The first sensor S1 and the second sensor S2 are connected to the control device 2 by a cable 4.
[0031]
FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the control device 2 and the instrument 3. As shown in FIG. 2, the first sensor S1 and the second sensor S2 have vibration detection units S12 and S22. The vibration detection units S12 and S22 are connected to the filters / amplifiers S11 and S21 via the cable 4, respectively. The filters / amplifiers S11 and S21 are contained in the control device 2 and are electrically connected to A / D conversion units 221 and 231 in the control device 2 described later. The interval between the vibration detectors S12 and S22 is the predetermined distance L as described above.
[0032]
As shown in FIG. 2, the control device 2 is provided with the main control unit 21. The vibration detection units S12 and S22 detect vibrations, and the filters / amplifiers S11 and S21 have a target frequency band. The vibration is extracted and amplified, and the detection signal is transmitted to the A / D conversion units 221 and 231 of the control device 2. The main control unit 21 includes a first waveform calculation unit 22, a second waveform calculation unit 23, a time difference detection unit 24, a speed calculation unit 25, a compression strength calculation unit 26, a recording unit 27, a display output unit 28, and the like. ing. Further, the first waveform calculation unit 22 and the second waveform calculation unit 23 are analog-digital conversion units (hereinafter referred to as “A / D conversion units”) 221, 231, interpolation waveform calculation units 222, 232, respectively. It comprises maximum gradient calculation units 223 and 233 and wavefront extraction units 224 and 234.
[0033]
In FIG. 1, PS is an elastic wave propagating in the concrete, 5 is a hammer that hits the concrete and generates the elastic wave PS, and P1 is a vibration detection point in the first sensor S1. Yes, P2 is a vibration detection point in the second sensor S2, and P3 is a striking point by the hammer 5 arbitrarily selected on a substantially extended line connecting the vibration detection point P1 and the vibration detection point P2.
[0034]
The nondestructive compressive strength test apparatus 1 is configured as described above, and the nondestructive compressive strength test of concrete using the nondestructive compressive strength test apparatus 1 is performed as follows.
[0035]
First, as shown in FIG. 1, the said instrument 3 is installed in the arbitrary places on the concrete which is a test object, and the said vibration detection points P1 and P2 are defined. Then, as described above, the hammer 5 is disposed with the striking point P3 determined on the substantially extended line of the vibration detection points P1 and P2.
[0036]
Next, the striking point P3 is struck once with the hammer 5 to generate an elastic wave PS in the concrete as the test object. Then, first, the elastic wave PS is detected by the vibration detection unit S12 of the first sensor S1 at the vibration detection point P1. The detected elastic wave PS is amplified by the filter / amplifier S11 as, for example, a first voltage waveform 31 which is an analog signal shown in FIG.
[0037]
Subsequently, the elastic wave PS generated by the hammer 5 is detected by the vibration detection unit S22 of the second sensor S2 at the vibration detection point P2. The detected elastic wave PS is amplified by the filter / amplifier S21 as, for example, a second voltage waveform 32 which is an analog signal shown in FIG.
[0038]
The rising point of the first voltage waveform 31 and the second voltage waveform 32 in FIG. 3, that is, the phase difference ID of the wave fronts H1 and H2, is the distance from the impact point P3 to the vibration detection point P1 and the impact point. This is due to the arrival time difference ΔT of the elastic wave PS caused by the predetermined distance L, which is the difference from the distance from P3 to the vibration detection point P2.
[0039]
In this case, considering the measurement with an actual structure, the predetermined distance L is preferably about 20 to 30 (cm). Further, assuming that the frequency of the elastic wave is 4 (kHz) and the velocity of the elastic wave is 4000 (m / s), the wavelength is about 4000 (m / s) ÷ 4 (kHz) = 1 (m), The predetermined distance L is about 20 to 30% of the wavelength 1 (m). Then, the ΔT is 50 to 75 (μs) from 20 (cm) ÷ 4000 (m / s) = 50 (μs) and 30 (cm) ÷ 4000 (m / s) = 75 (μs). Therefore, if the measurement error is about 2%, the ΔT measurement error is 1 to 1.5 (μs), and the elastic wave propagation velocity error is 4000 (m / s) × 0.02 = 80 (m / s). Therefore, taking into account that the predetermined distance L is 20 to 30 (cm), it is necessary to accurately measure the arrival time difference ΔT.
[0040]
However, as described above, the rising points of the first voltage waveform 31 and the second voltage waveform 32 are buried in noise such as disturbance, and it is difficult to accurately extract the rising points. Therefore, in order to reasonably and accurately extract the wave fronts H1 and H2 of the first voltage waveform 31 and the second voltage waveform 32, the first voltage waveform 31 and the second voltage waveform 32 are first converted into A / D, respectively. The data is converted into a plurality of discrete data with a predetermined sampling time. Then, after returning from the plurality of discrete data to an interpolated waveform according to a higher-order equation, a maximum gradient of the interpolated waveform is obtained, and a gradient value calculated by multiplying the maximum gradient by a predetermined ratio is used as the gradient of the wave front of the interpolated waveform. The time at which the slope value of the wave front is generated is extracted as the time of occurrence of the wave front.
[0041]
First, based on FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5 and FIG. 7, the control device is supplied from the first sensor S1 and second sensor S2 through the cable 4 and the filters / amplifiers S11 and S21. 2, the processing in the control device 2 of the analog signals (the first voltage waveform 31 and the second voltage waveform 32) of the inputted elastic wave PS will be described.
[0042]
Here, FIG. 3 is a time-voltage graph showing a waveform which is an analog signal of the elastic wave SP detected by the first sensor S1 and the second sensor S2, and FIG. 4 is an analog signal of FIG. Rising points of the first voltage waveform 31 and the second voltage waveform 32, that is, in the vicinity of the wave front (for example, time points ST1 and ST2 before the predetermined time TP from the time points Z1 and Z2 when the voltage amplitudes of the voltage waveforms 31 and 32 become 0). Area A1 and A2 until the first voltage waveform 31 and the second voltage waveform 32 take the maximum values PK1 and PK2 (ST1 and ST2 which are the start points of the areas A1 and A2 are appropriately set as described above. In addition to the determination, the signal can be set by an arbitrary method (for example, a point ZX where the gradient value before the time point Z1, Z2 becomes 0) is A / D converted at a predetermined sampling interval. FIG. 5 is a time-voltage graph in which data is plotted. FIG. 5 is a time-voltage graph drawn as a smooth interpolation waveform based on the higher-order equations obtained from the first discrete data SP1 and SP2 in FIG. 7 is an elastic wave velocity-compressive strength graph showing the relationship between the compressive strength of concrete and the elastic wave velocity propagating through the concrete.
[0043]
For the first voltage waveform 31 (FIG. 3) of the elastic wave PS (FIG. 1), which is an analog signal detected by the first sensor S1 and amplified by the filter / amplifier S11, a first waveform calculator 22 (FIG. 3) The process in 2) will be described.
[0044]
The first voltage waveform 31 (FIG. 3) that is the analog signal amplified by the filter / amplifier S11 is an A / D of the first waveform calculation unit 22 (FIG. 2) in the control device 2 (FIG. 1). The conversion unit 221 (FIG. 2) converts the first discrete data SP1 (FIG. 4) by a predetermined sampling time ST (eg, 6.4 μsec) and outputs the first discrete data SP1 (FIG. 2). The sampling time ST is preferably as short as possible. However, as long as a small and inexpensive commercially available personal computer is used, for example, processing with a sampling of about 0.05 (μsec) is difficult. Therefore, practically, A / D conversion is performed while allowing a slightly larger sampling time ST. However, in this state, it is difficult to accurately extract the wave fronts H1 and H2 of the first voltage waveform 31 and the second voltage waveform 32 because the sampling time ST is too long. Therefore, in order to accurately extract the wave fronts H1 and H2 while overcoming the above problems, the following processing is performed.
[0045]
Based on the first discrete data SP1 (FIG. 4) input from the A / D converter 221, the interpolated waveform calculator 222 performs sampling points SP11 constituting the first discrete data SP1 as shown in FIG. , SP12, SP13, SP14, and SP15, a high-order expression that is a smooth first interpolation waveform 501 (FIG. 5) is calculated and output to the maximum gradient calculation unit 223 (FIG. 2). The higher order expression is obtained by the least square method. As shown in FIG. 4, in the sampling state of the first discrete data SP1, in the voltage waveform obtained by simply connecting the first discrete data SP1 with each straight line, the resolution of the voltage waveform is poor as described above. However, by obtaining the higher order expression, the resolution of the voltage waveform can be increased without excessively shortening the sampling time ST.
[0046]
Next, as a method for obtaining the rising position of the waveform, that is, the wave fronts H1 and H2, there is a method for obtaining from the amplitude of the voltage waveform. As described above, this method is difficult due to disturbances and the like. Accordingly, paying attention to the gradient of the voltage waveform which is a differential value of the amplitude, the maximum gradients Φm1 and Φm2 in the regions A1 and A2 until the voltage waveform first takes the maximum values PK1 and PK2 are obtained, and the voltage waveform is the maximum gradient Φm1. , Φm2, and a position having a predetermined ratio of gradients Φh1 and Φh2 are obtained by calculating the regions A1 and A2 of the first interpolation waveform 501 and the second interpolation waveform 502 to be described later, and the positions are obtained for each voltage waveform 31. , 32 wave fronts H1, H2.
[0047]
FIG. 5 shows the relationship between the voltage amplitude and time. The time T of the first interpolation waveform 501 is shown in FIG. _n Gradient at Φ _n Is Φ _n = (V _n -V _n-1 ) / Dt, and dt = T _n -T _n-1 It is. Therefore, the maximum slope Φm1 of the voltage waveform is Φm1 = (V _m1 -V _m1-1 ) / Dt. Further, the slope Φh1 of the wave front is Φh1 = (V _h1 -V _h1-1 ) / Dt and dt = T _h1 -T _h1-1 Therefore, if dt is a constant value at this time, the ratio of the wavefront gradient Φh1 to the maximum gradient Φm1 is Φh1 / Φm1 = (V _h1 -V _h1-1 ) / (V _m1 -V _m1-1 ) That is, the ratio of the gradient Φh1 of the voltage waveform to the maximum gradient value Φm1 is a voltage amplitude increment ratio. Accordingly, by multiplying the maximum gradient value Φm1 by a predetermined ratio to calculate the wavefront gradient value Φh1, the degree of amplification of the voltage waveform and the magnitude of the voltage amplitude do not matter. Further, since the voltage amplitude difference is taken, the influence of the drift of the voltage waveform and the zero point is excluded.
[0048]
From this point of view, the maximum gradient calculation unit 223 (FIG. 2) is based on the higher order expression of the first interpolation waveform 501 (FIG. 5) input from the interpolation waveform calculation unit 222 (FIG. 2). The maximum gradient value Φm1 of the interpolation waveform 501 is calculated and output to the wave front extraction unit 224. The maximum gradient value Φm1 is the maximum value obtained by differentiating the higher order expression of the first interpolation waveform 501 with respect to time with the area A1 as a range.
[0049]
The wavefront extraction unit 224 calculates a wavefront gradient value Φh1 by multiplying the maximum gradient value Φm1 input from the maximum gradient calculation unit 223 (FIG. 2) by a predetermined ratio. Further, the wavefront slope value Φh1 and the first interpolation waveform 501 in FIG. 5 are compared, and a point where the gradient value of the first interpolation waveform 501 is equal to the wavefront gradient value Φh1 is extracted as a wavefront H1 (FIG. 5). . Then, the time T when the wave front H1 (FIG. 5) is generated. _h1 Is output to the time difference detector 24 (FIG. 2). Here, the predetermined ratio is actually an appropriate value of 1/15 to 1/20.
[0050]
The second voltage waveform 32 (FIG. 3) of the elastic wave PS (FIG. 1) that is an analog signal detected by the second sensor S2 is an elastic wave PS that is an analog signal detected by the first sensor S1. In the same manner as the first voltage waveform 31 (FIG. 3) of FIG. That is, the A / D conversion unit 231 (FIG. 2) of the second waveform calculation unit 23 (FIG. 2) in the control device 2 (FIG. 1) performs the second sampling with a predetermined sampling time ST (for example, 6.4 μsec). It is converted into discrete data SP2 (FIG. 4), and in the interpolated waveform calculation unit 232 (FIG. 2), each sampling point SP21, SP22, SP23, which constitutes the second discrete data SP2 is based on the second discrete data SP2. A high-order expression that is a smooth second interpolation waveform 502 (FIG. 5) passing through SP24, SP25, and SP26 is calculated, and the maximum gradient calculation unit 233 (FIG. 2) performs second interpolation based on the high-order expression. The maximum gradient value Φm2 of the waveform 502 (FIG. 5) is calculated. Then, the wavefront extraction unit 234 multiplies the maximum gradient value Φm2 by a predetermined ratio to calculate a wavefront gradient value Φh2, compares the wavefront gradient value Φh2 with the second interpolation waveform 502 in FIG. 2 A point at which the gradient value of the interpolated waveform 502 becomes equal to the wavefront gradient value Φh2 is extracted as a wavefront H2 (FIG. 5), and the time when the wavefront H2 (FIG. 5) is generated is expressed as T. _h2 Is output to the time difference detector 24 (FIG. 2).
[0051]
Subsequently, in the control device 2 (FIG. 1), the time T when the wave front H1 extracted from the first waveform calculation unit 22 (FIG. 2) and the second waveform calculation unit 23 (FIG. 2) is generated as described above. _h1 And the time T when the wave front H2 occurs _h2 The sequence for calculating the propagation speed of the elastic wave PS and conducting the compressive strength test of the concrete derived from the propagation speed will be described.
[0052]
As shown in FIG. 7, the experimental statistical formula F = f (v) of the concrete compressive strength F and the elastic wave velocity v is statistically obtained in advance based on experiments, and the compressive strength F is calculated by the experimental statistical formula F = It is obtained by f (v). Therefore, the time T when the wave fronts H1 and H2 of the first interpolation waveform 501 and the second interpolation waveform 502 obtained as described above are generated. _h1 , T _h2 The propagation velocity V is obtained from the ΔT, which is the time difference of the above, and the predetermined distance L, and the propagation velocity V is substituted into the experimental statistical formula F = f (v) to compress the compressive strength F of the test object. Can be calculated.
[0053]
First, the time difference detector 24 (FIG. 2) receives the T input from the wavefront extractor 224 of the first waveform calculator 22 and the wavefront extractor 234 of the second waveform calculator 23. _h1 And T _h2 Based on the above, the elastic wave PS propagates through the concrete to calculate ΔT, which is the time difference between the arrival at the vibration detection unit S12 of the first sensor S1 and the vibration detection unit S22 of the second sensor S2, and the speed calculation. It outputs to the part 25 (FIG. 2). Specifically, ΔT is expressed as ΔT = T _h2 -T _h1 It is.
[0054]
The speed calculation unit 25 calculates the propagation speed V of the elastic wave PS (FIG. 1) propagating in the concrete based on the ΔT input from the time difference calculation unit 24 and the predetermined distance L (FIG. 1). Then, it outputs to the said compression strength calculating part 26 (FIG. 2). Specifically, the propagation velocity V is calculated by V = L / ΔT. In addition, when the test with an actual structure is an object, the predetermined distance L that is a measurement distance is preferably 20 to 30 cm as described above.
[0055]
The compressive strength calculating unit 26 includes the propagation velocity V input from the speed calculating unit 25, the compressive strength of concrete statistically known by experiments as shown in FIG. 7, and the elastic wave propagating through the concrete. Based on the speed relationship, the compressive strength F of the concrete that is the test object is calculated and output to the recording unit 27. As described above, the compression strength F is calculated by substituting the propagation velocity V into the experimental statistical formula F = f (v).
[0056]
The recording unit 27 records the compression strength F input from the compression strength calculation unit 26 and outputs the compression strength F as data to the display output unit 28 (FIG. 2).
[0057]
The display output unit 28 (FIG. 2) can output the compression strength F, which is data input from the recording unit 27, to a display such as a display, for example, so that the data can be visually recognized. It shall be
[0058]
As described above, in this embodiment, a voltage waveform, which is an analog signal of an elastic wave propagating through the test object, is converted into a plurality of discrete data that is digital data by A / D conversion with the vicinity of the front of the voltage waveform as a range. After converting to the plurality of discrete data, a higher order expression is calculated, a maximum gradient value of the higher order expression is calculated, and the gradient value calculated by multiplying the maximum gradient value by a predetermined ratio is used as the wave front. The wave front is extracted as a gradient value of. However, the reason why the higher order expression is calculated from the plurality of discrete data is that, as described above, in the personal computer or the like that is used in practice, the operation speed of the A / D conversion units 221 and 231 is low, and high-speed calculation is performed. This is because the data processing capability is insufficient to achieve this. Therefore, if the A / D conversion units 221 and 231 have a high calculation speed and a sufficiently high data processing capacity, for example, if the sampling time in A / D conversion is about 0.05 μsec, as described above, Without calculating the higher-order expression, each of the voltage waveforms, which are analog signals of the elastic waves, is converted from a plurality of discrete data, which is digital data obtained by A / D conversion in the vicinity of the front of the voltage waveform, on the time axis. The gradient values of the plurality of adjacent discrete data are calculated, the maximum gradient value is selected from the calculated gradient values, and the maximum gradient value is multiplied by a predetermined ratio as the wavefront gradient. Even if the wavefront is extracted, it is possible to extract the wavefront reasonably and accurately. Therefore, if the calculation speeds of the A / D conversion units 221 and 231 are high and the calculation capability is sufficiently high, an elastic wave that propagates through the test object without calculating the higher-order expression as described above. Can be calculated.
[0059]
In the present embodiment, the elastic wave PS generated in the test object by the hammer 5 in the vibration detection unit S12 of the first sensor S1 and the vibration detection unit S22 of the second sensor S2, respectively. Detection time T of the wave front of the elastic wave PS detected and detected by each of the vibration detection units S12 and S22 _h1 , T _h2 Based on the above, the time difference ΔT is calculated. However, for example, the first sensor S1 includes vibration generation means, and the vibration detection unit S22 of the first sensor S1 generates vibration generated by the vibration generation means included in the first sensor S1. Rather than detecting the elastic wave propagating through the test object, the vibration directly propagating through the first sensor S1 is detected, or vibration is generated by the vibration generating means included in the first sensor S1. For example, the time of occurrence of the wave front of the detected vibration or the recorded time is recorded as T _h1 It is good. That is, the T _h1 And the T calculated by detecting the elastic wave generated in the test object by the vibration generating means included in the first sensor S1 by the vibration detecting unit S22 of the second sensor. _h2 Based on the above, ΔT can be calculated.
[0060]
As described above, in the present embodiment, the analog signal in the vicinity of the wavefront of the elastic wave is converted into discrete data that is digital data, and the wavefront is reasonably extracted from the discrete data as described above. It is possible to easily measure the propagation velocity of elastic waves in concrete with high accuracy at the measurement distance, and to easily test the compressive strength of concrete derived from the propagation velocity. In addition, since the surface state and location of the concrete are not selected, it is possible to easily perform nondestructive compressive strength tests of concrete at various parts of the actual structure, and there is no problem of management complexity and compatibility, It is possible to easily perform a nondestructive compressive strength test of concrete with high reliability and accuracy without causing damage to a structure due to a member defect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view simulating a state of a nondestructive compressive strength test according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the control device 2 and the instrument 3 in FIG.
FIG. 3 is a time-voltage graph showing a waveform that is an analog signal of the elastic wave SP detected by the first sensor S1 and the second sensor S2 in FIG. 1;
4 is an area A1 from the rising point of the first voltage waveform 31 and the second voltage waveform 32, which are analog signals in FIG. 3, until the first voltage waveform 31 and the second voltage waveform 32 have maximum values PK1 and PK2. The time-voltage graph which plotted the discrete data which A / D-converted the signal of A2 with the predetermined sampling interval.
5 is a time-voltage graph drawn as a smooth interpolation waveform based on higher-order equations obtained from the first discrete data SP1 and SP2 in FIG. 4;
FIG. 6 is a time-voltage graph showing a voltage waveform near the rise of an elastic wave.
FIG. 7 is an elastic wave velocity-compressive strength graph showing the relationship between the compressive strength of concrete and the elastic wave velocity propagating through the concrete.
[Explanation of symbols]
1 Nondestructive compressive strength test equipment
5 Hammer (vibration generating means)
24 Time difference detection unit (time difference detection means)
25 Speed calculator (speed calculator)
26 Compressive strength calculator (compressive strength calculator)
31 First voltage waveform
32 Second voltage waveform
221 A / D converter for the first voltage waveform (A / D converter)
222 Interpolation waveform calculation unit (interpolation waveform calculation means) for the first voltage waveform
223 Maximum gradient calculation unit (maximum gradient calculation means) for the first interpolation waveform
224 Wavefront extraction unit (wavefront extraction means) for the first interpolation waveform
231 A / D converter (A / D converter) for second voltage waveform
232 Interpolation waveform calculation unit for second voltage waveform (interpolation waveform calculation means)
233 Maximum gradient calculation unit (maximum gradient calculation means) for the second interpolation waveform
234 Wavefront extraction unit (wavefront extraction means) for second interpolation waveform
501 First interpolation waveform
502 Second interpolation waveform
A1 Predetermined rising region in the first voltage waveform
A2 Predetermined rising region in the second voltage waveform
F Compressive strength of concrete
H1 Wave front in first voltage waveform or first interpolated waveform
H2 Wave front in second voltage waveform or second interpolated waveform
L A predetermined distance between the first and second sensors
PK1 The first local maximum after the beginning of the first voltage waveform
PK2 First local maximum after the beginning of the second voltage waveform
PS Elastic wave
SP1 1st discrete data
SP11 to SP15 Sampling points constituting the first discrete data
SP2 Second discrete data
SP21 to SP26 Sampling points constituting the second discrete data
ST Predetermined sampling interval
ST1 Time of start of a predetermined rising area in the first voltage waveform
ST2 Time of start of a predetermined rising area in the second voltage waveform
T _h1 Time when the wave front in the first voltage waveform or the first interpolation waveform occurs
T _h2 Time when the wave front in the second voltage waveform or the second interpolation waveform occurs
TP predetermined time
V Propagation velocity of elastic wave
ΔT Time difference when elastic wave is detected by first and second sensors
Φh1 Wavefront slope value in the first voltage waveform or the first interpolation waveform
Φh2 Wavefront slope value in the second voltage waveform or second interpolation waveform
Φm1 Maximum gradient in the first voltage waveform or the first interpolation waveform
Φm2 Maximum gradient in the second voltage waveform or second interpolation waveform

Claims

First and second sensors arranged at a predetermined distance are used to detect elastic waves propagating in the solid, respectively, and the time difference at which the elastic waves are detected by the first and second sensors is measured. In the method of calculating the propagation speed of the elastic wave in the solid from the time difference and the distance,
Calculating the maximum gradient of the waveform in a predetermined rising region of the first and second voltage waveforms of the elastic wave detected by the first and second sensors, respectively;
A gradient having a predetermined ratio with respect to the calculated maximum gradient of the first and second voltage waveforms is calculated as a wavefront gradient value, respectively.
The position in the rising region of the first and second voltage waveforms having the calculated wavefront slope value is used as a wavefront, the time difference between the wavefronts is obtained, and the propagation velocity is calculated.
An elastic wave propagation velocity measurement calculation method.

In the calculation of the maximum gradient and the wavefront gradient value,
Sampling the first and second voltage waveforms of the elastic wave at a predetermined sampling interval to collect first and second discrete data;
Based on the first and second discrete data, calculating the maximum gradient and the wavefront gradient value for each of the first and second voltage waveforms;
The elastic wave propagation velocity measurement calculation method according to claim 1.

In the calculation of the maximum gradient and the wavefront gradient value,
Based on the collected first and second discrete data, calculate first and second interpolation waveforms that pass through the sampling points of the first and second discrete data,
Calculating the maximum gradient and the wavefront gradient value based on the calculated first and second interpolation waveforms;
The elastic wave propagation velocity measurement calculation method according to claim 2.

In a nondestructive compressive strength test device that measures the compressive strength of a solid,
Vibration generating means for generating elastic waves in the test object;
First and second sensors that can be placed at a predetermined distance on the test object;
Maximum gradient calculating means for calculating the maximum gradients in predetermined rising regions of the first and second voltage waveforms of the elastic wave detected by the first and second sensors, respectively;
Gradients having a predetermined ratio with respect to the maximum gradients of the first and second voltage waveforms are calculated as wavefront gradient values, respectively, and the rising regions of the first and second voltage waveforms having the calculated wavefront gradient values Wave front extraction means for extracting each position in as a wave front;
A time difference detecting means for obtaining a time difference between the generated times of the wave fronts of the first and second voltage waveforms;
Speed calculating means for calculating a propagation speed of the elastic wave propagating through the test object based on the time difference and a predetermined distance between the first and second sensors;
Based on the calculated propagation velocity of the elastic wave, a compressive strength calculating means for calculating the compressive strength of the test object,
A nondestructive compressive strength test apparatus characterized by comprising:

Analog / digital conversion means for sampling the first and second voltage waveforms of the elastic wave at a predetermined sampling interval and collecting the first and second discrete data;
The maximum gradient computing means is
Based on the first and second discrete data, the maximum gradient is calculated for each of the first and second voltage waveforms,
The wave front extracting means is
Calculating the wavefront slope value for each of the first and second voltage waveforms based on the first and second discrete data and the maximum slope;
The nondestructive compressive strength test apparatus according to claim 4.

Based on the first and second discrete data, having an interpolated waveform computing means for computing first and second interpolated waveforms passing through the sampling points of the first and second discrete data;
The maximum gradient computing means is
Calculating the maximum gradient based on the first and second interpolated waveforms;
The wave front extracting means is
Calculating the wavefront slope value based on the first and second interpolation waveforms and the maximum slope;
The nondestructive compressive strength test apparatus according to claim 5.