JP3897705B2 - バイブレータかけ検知装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、打設したコンクリート又はモルタルにバイブレーションをかけてコンクリート又はモルタルを締め固める際のバイブレータのかけ忘れを防止するバイブレータかけ検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリートの打設において、練られた直後のフレッシュコンクリートは、固体で大きさも異なる砂や砂利及びセメント、液体である水、気体の空気泡など、全く異質なものの混合物にすぎず、各物質同士はそれぞれ摩擦力によって一応の形を成すものの、実際には他の物質と混ざり合うことに抵抗している。このようなことから、コンクリートの打設後、バイブレータによる振動を印加して締め固めを行うようにしている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。打設直後のフレッシュコンクリートに振動を与えることで、液状化によりコンクリート密度が高まり、不要な混合空気が除去されて、過密配筋部や狭い型枠部でも骨材が均等に分布した強度が高く且つ綺麗なコンクリート構造物（製品）を得ることができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−５４３０２号公報
【特許文献２】
特開２００２−４５８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のバイブレーションによるコンクリートの締め固め方法にあっては、型枠内にコンクリートを充填させた後にバイブレータを数箇所一定時間かけるのみであり、全てを人の管理に任されていて、実際にバイブレータをかけた箇所とその時間等を自動的に検知及び記録する方法は無く、バイブレータのかけ忘れによるコンクリートの品質低下がしばしば見られるという問題がある。このバイブレータかけ忘れによる品質低下の問題は、モルタルの打設の場合も同様に生じる。
【０００５】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、コンクリート又はモルタルの打設後のバイブレーションかけ忘れを確実に防止できるバイブレータかけ検知装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のバイブレータかけ検知装置は、型枠内へ打設したコンクリート又はモルタルを締め固めるために与えるバイブレーションのかけ状況を検知するバイブレータのかけ検知装置であって、電気エネルギが印加された場合には機械エネルギを発生し、機械エネルギが印加された場合は電気エネルギを発生するセンサ素子と、所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を繰り返し発生し、発生した電気信号を前記センサ素子に印加する信号発生・印加手段と、前記信号発生・印加手段にて発生した電気信号が前記センサ素子に印加されることで、そのセンサ素子の振動周波数特性を検出する周波数特性検出手段と、前記周波数特性検出手段の検出結果から前記コンクリート又はモルタルの充填状況を判定する第１判定手段と、前記センサ素子に機械振動が印加されることで発生する電気信号を検出する電気信号検出手段と、前記電気信号検出手段で検出された機械振動の大きさに応じた電気信号を所定の基準データと比較し、その比較結果に基づいてバイブレータかけ状況を判定する第２判定手段と、前記センサ素子をコンクリート又はモルタルの充填検知側かコンクリート又はモルタルのバイブレータかけ検知側かのいずれか一方に切り替える切替手段と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
係る発明によれば、電気エネルギを印加することで機械エネルギを発生し、機械エネルギを印加することで電気エネルギを発生するセンサ素子を用いて、コンクリート又はモルタルの充填検知とバイブレータかけ検知を行う。
【００１４】
コンクリート又はモルタルの充填検知では、センサ素子に対して所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を印加して振動させて、センサ素子の振動周波数特性を検出することで、センサ素子がコンクリート又はモルタルに接触したときの振動周波数特性の変化によって充填物の空間内での充填状況を検知できる。他方、バイブレータかけ検知では、センサ素子に機械振動が印加されることで発生する電気信号を検出することで、コンクリート又はモルタルへのバイブレータかけ状況を検知できる。
【００１５】
したがって、センサ素子をコンクリート又はモルタルの充填検知側に切り替えることで、型枠内へのコンクリート又はモルタルの充填を知ることができるとともに、コンクリート又はモルタルのバイブレータかけ検知側に切り替えることで、コンクリート又はモルタルへのバイブレーション印加状況を知ることができ、コンクリート又はモルタルの打設後のバイブレーションかけ忘れを確実に防止できる。
【００１６】
請求項２に係る発明のバイブレータかけ検知装置は、請求項１に係る発明のバイブレータかけ検知装置において、前記センサ素子が、圧電スピーカであることを特徴とする。
【００１７】
係る発明によれば、センサ素子として圧電スピーカを利用することによって、安価なバイブレータかけ検知装置を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、コンクリートへのバイブレータかけ検知に適用した例を図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置のセンサ素子の取り付け例を示す図である。また、図２は本実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の１つのセンサ素子に対する信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１において、本実施の形態に係るバイブレータかけ検知装置１は、複数個の振動検出用のセンサ素子２を備えている。これら振動検出用のセンサ素子２は、型枠（コンパネ）１００内へのコンクリート１０１の打設前に、型枠１００内の鉄筋１０２や型枠１００そのものに取り付けておく。なお、この図では、鉄筋１０２に対して４個のセンサ素子２を離間して取り付けている。各センサ素子２は電気信号を機械振動に変換する圧電スピーカなどの素子であり、打設後にコンクリート１０１内に挿入するバイブレータ１０３から発生する機械振動を検出する。このとき、各センサ素子２は、受けた機械振動の大きさに応じた信号レベルの電気信号を出力する。
【００２０】
次に、図２において、バイブレータかけ検知装置１は、センサ素子２の他に、信号増幅アンプ５と、フィルタ６と、信号増幅アンプ７と、判定部８と、表示部９とを備えている。信号増幅アンプ５は前置アンプであり、センサ素子２の微小な検出信号を所定レベルまで増幅する。フィルタ６はローパスフィルタであり、信号増幅アンプ５の出力信号に含まれるノイズ成分を除去する。信号増幅アンプ７は、フィルタ６でノイズ成分が除去された検出信号を所定レベルまで増幅して、その信号（出力電圧Ｖｂ）を出力する。バイブレータかけ状況を判定する判定手段である判定部８は、信号増幅アンプ７からの出力電圧Ｖｂと予め値を決定しておいた基準データとを比較し、その比較結果に基づいてバイブレータかけ状況を判定する。なお、本実施の形態では、信号増幅アンプ５、フィルタ６及び信号増幅アンプ７を含めて電気信号検出手段を構成する電気信号検出部４と呼ぶ。
【００２１】
図３は判定部８の構成を示すブロック図である。
この図において、判定部８は、電気信号の大きさを比較する演算部１０と、電気信号の持続時間を比較する演算部１１と、電気信号の大きさ基準データ及び電気信号の持続時間基準データを記憶した記憶部１２と、演算部１０及び１１の結果を出力する判定出力部１３とを備えている。演算部１０によって入力信号の大きさを比較判定し、演算部１１によって入力信号の持続時間を比較判定することで、バイブレータ１０３からの振動を確実に検知することが可能となる。
【００２２】
すなわち、図４に示すように、センサ素子２からの電気信号のレベルを、基準レベルＶref と比較してそれ以上であって、かつ、基準時間Ｔref と比較してそれ以上であれば、バイブレータ１０３からの振動と確定することができる。判定部８は、バイブレータ１０３からの振動と判定した場合には、振動を検出した旨の表示を行うためのデータを表示部９に入力する。表示部９は、判定部８より入力された表示データに基づく表示を行う。例えば、バイブレータ１０３からの振動が検出された場合には「振動検出」と表示し、振動が検出されていない場合には「振動非検出」と表示する。
【００２３】
なお、信号増幅アンプ５、フィルタ回路６、信号増幅アンプ７及び判定部８は１つのセンサ素子２に対して設けられるので、本実施の形態のバイブレータかけ検知装置１は、図１に示す如く４個のセンサ素子２を備えているので、同じ構成のものを他に３組有している。
【００２４】
図５は、本実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の判定部８の動作を示すフローチャートである。
この図において、先ず判定部８は信号入力の有無を判定する（ステップＳ１）。この判定において、信号入力が無ければこのステップを繰り返し、信号入力があれば、その信号のレベルが基準レベルＶref 以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。入力された信号のレベルが基準レベルＶref 以上でなければステップＳ１に戻り、基準レベルＶref 以上であれば、そのレベルが基準時間Ｔref継続するかどうかを判定する（ステップＳ３）。この判定において、入力信号のレベルが基準時間Ｔref に達してない場合、ステップＳ２に戻る。これに対して、基準時間Ｔref に達してこの時間Ｔref を継続した場合、センサ素子２からの電気信号がバイブレータかけのものであると判断して報知処理を行う（ステップＳ４）。すなわち、表示部９にバイブレータ１０３からの振動を検出した旨の指示を行う。
【００２５】
このように、本実施の形態に係るバイブレータかけ検知装置１によれば、機械エネルギを電気エネルギに変換するセンサ素子２に機械振動が印加されることでセンサ素子２が発生する電気信号を検出することによって、検出した電気信号を基準レベルＶref と比較するとともに、当該電気信号の信号出力継続時間を基準時間Ｔref と比較し、基準レベルＶref を超えるとともに基準時間Ｔref に達する場合に、検出した電気信号がバイブレータ１０３から出力される機械振動に基づくものと判定する。これにより、コンクリートへのバイブレーション印加状況を知ることができ、コンクリートの打設後のバイブレーションかけ忘れを確実に防止できる。
【００２６】
なお、上記実施の形態１では、バイブレータ１０３からの振動を検出した場合に、その旨を表示するだけであったが、記録するようにしても良い。例えば、半導体メモリ、磁気メモリ、光メモリ又は光磁気メモリなどの記録媒体を使用して記録する他、プリンタによる印刷が挙げられる。
【００２７】
また、１つのセンサ素子２に対して信号増幅アンプ５、フィルタ回路６、信号増幅アンプ７、判定部８及び表示部９を１組設けたが、これを１組のみ設けて、マルチプレクサ処理により複数のセンサ素子２を切り替えるようにしてもよい。
【００２８】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係るバイブレータかけ検知装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において前述した図１と共通する部分には同一符号を付けることとする。
【００２９】
本実施の形態２に係るバイブレータかけ検知装置３０は、上記実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置１の機能に加えて型枠１００内へのコンクリートの充填状況を検知する機能を備えたものである。この機能により、型枠１００内へのコンクリート１０１の充填と、充填したコンクリート１０１に対するバイブレータかけを検知することが可能となる。以下、上記実施の形態１と同様のバイブレータかけ検知回路構成を除く、コンクリート充填検知回路構成について説明する。
【００３０】
図６において、本実施の形態２に係るバイブレータかけ検知装置３０のコンクリート充填検知回路は、同期信号発生器３１と、可変周波数発振器３２と、ドライブアンプ３３と、抵抗３４と、差動アンプ３５と、４象限掛け算器３６と、ローパスフィルタ３７と、第１判定手段となる判定部３８とを備えている。また、センサ素子２として、圧電スピーカを用いる。圧電スピーカは、電気エネルギが印加された場合には機械エネルギを発生し、機械エネルギが印加された場合は電気エネルギを発生するので、コンクリート充填検知とバイブレータかけ検知の双方で使用することができる。本実施の形態では、切替手段となる切替スイッチ３９でセンサ素子２をコンクリート充填検知側Ａとバイブレータかけ検知側Ｂに切り替えるようにしている。
【００３１】
コンクリート充填検知回路において、同期信号発生器３１は、可変周波数発振器３２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。可変周波数発振器３２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器３１から同期信号が出力される毎に、初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。ドライブアンプ３３は、可変周波数発振器３２からの正弦波信号を、センサ素子２を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。なお、本実施の形態では、同期信号発生器３１、可変周波数発振器３２及びドライブアンプ３３を含めて信号発生・印加手段を構成する信号発生・印加部４０と呼ぶ。
【００３２】
抵抗３４は、センサ素子２に流れる電流を取り出すもので、その両端にセンサ素子２に流れる電流に対応する電圧が発生する。センサ素子２に流れる電流は周波数の変化によって変化するので、抵抗３４の両端に現れる電圧はセンサ素子２の周波数特性を反映したものになる。
【００３３】
差動アンプ３５は、抵抗３４の両端の電圧を増幅して電圧Ｖｉを出力する。４象限掛け算器３６は、加振用信号Ｖｒと電圧Ｖｉを乗算してこれらの電圧に対するノイズの影響を除去する。ローパスフィルタ３７は、４象限掛け算器３６の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。なお、本実施の形態では、抵抗３４、差動アンプ３５、４象限掛け算器３６及びローパスフィルタ３７を含めて周波数特性検出手段を構成する周波数特性検出部４１と呼ぶ。
【００３４】
判定部３８は、図示せぬマイコンやＬＣＤ（液晶表示器）等の表示器を備えており、センサ素子２にコンクリートを接触させないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ３７から出力される信号から、センサ素子２に対するコンクリート型枠内におけるコンクリートの接触・非接触を判定し、その結果（良否）を表示器上に表示する。この場合、センサ素子２の固有の振動周波数特性を一度設定しておけば以後メンテナンス時以外、再設定する必要はない。なお、このセンサ素子２の固有の振動周波数特性はマイコンのメモリに記憶される。また、このコンクリート充填検知回路における判定部３８を、先のバイブレータかけ検知回路の判定部８と区別するため、便宜上第１判定手段と呼び、先のバイブレータかけ検知回路の判定部８を第２判定手段と呼ぶ。
【００３５】
このような構成において、切替スイッチ３９がコンクリート充填検知回路側に切り替えられている状態で、可変周波数発振器３２にて発生した正弦波信号は、ドライブアンプ３３にて増幅されて加振用電圧Ｖｒとしてセンサ素子２に入力されて、センサ素子２にて機械振動が発生する。加振用電圧Ｖｒは４象限掛け算器３６へも入力される。センサ素子２に機械振動が発生すると、抵抗３４の両端にはセンサ素子２に流れる電流に対応する電圧が発生する。この電圧が差動アンプ３５にて増幅されて電圧Ｖｉが出力される。電圧Ｖｉとドライブアンプ３３からの加振用電圧Ｖｒとが４象限掛け算器３６にて乗算される。そして、その出力がローパスフィルタ３７にてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏとして得られる。
【００３６】
この出力信号Ｖｏは、加振用信号の周波数変化に対するセンサ素子２の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。このとき、センサ素子２の表面に何も接触していないと、センサ素子２の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が現れる。そして、このセンサ素子２の周りにコンクリートが充填されると、圧電スピーカ（センサ素子２）の振動特性が変化して、ピーク電圧の位置と大きさが変化する。判定部３８はこのピーク電圧の変化からコンクリートの充填状況を判定し、その結果を表示器上に表示する。これにより、容易にコンクリートの充填を判別することができる。
【００３７】
上記作動原理を、数式を用いて説明すると以下のようになる。
ここで、Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）、Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２ （１）
【００３８】
式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。したがって、ローパスフィルタ３７を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。
【００３９】
上述したように、コンクリート型枠内等の空間内にコンクリートが充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することで、その状況を検知することができる。
【００４０】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置１の機能に加えて型枠１００内へのコンクリートの充填状況を非破壊で検知する機能を備えたので、型枠１００内へのコンクリート１０１の充填と、充填したコンクリート１０１に対するバイブレータかけを検知することができる。
【００４１】
なお、上記各実施の形態では、単一の周波数範囲の正弦波を用いたが、周波数範囲を切り替える周波数範囲切替器（図示略）を設けて、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにしてもよい。この場合、可変周波数発振器３２は、周波数範囲切替器にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生させる機能を有することになる。このように、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにすることで、型枠の構造や材質等の物理的な特性に応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ、これによって、より精度の高い測定が可能となる。
【００４２】
また、上記実施の形態では、判定部３８を設けたが、必ずしもこれらを設ける必要はなく、オシロスコープなどの波形測定装置を用いて、ローパスフィルタ３７の出力波形を観測するようにしても良い。オシロスコープなどの波形測定装置がある場合は、判定部３８を不要とする分、装置としてのコストの削減が可能となる。
【００４３】
また、上記各実施の形態では、コンクリートの型枠等の閉鎖空間内への充填状況の検出について述べたが、他の木製型枠や鋼材で作られた型枠内への充填状況の検出等に使用できることは述べるまでもない。
【００４４】
なお、上記各実施の形態では、コンクリートへのバイブレータかけ検知について述べたが、本発明に係るバイブレータかけ検知装置は、モルタルへのバイブレータかけ検知にも同様に適用できることは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明のバイブレータかけ検知装置によれば、電気エネルギを印加することで機械エネルギを発生し、機械エネルギを印加することで電気エネルギを発生するセンサ素子を用いて、それをコンクリート又はモルタルの充填検知側とコンクリート又はモルタルのバイブレータかけ検知側とに切り替えるようにしたので、型枠内へのコンクリート又はモルタルの充填状況を知ることができるとともに、コンクリート又はモルタルの打設後のバイブレーションかけ忘れを確実に防止できる。
【００４９】
請求項２に係る発明のバイブレータかけ検知装置によれば、センサ素子として圧電スピーカを利用することによって、安価なバイブレータかけ検知装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の使用状態を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の判定部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の判定部の動作説明図で、電気信号の波形図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の判定部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係るバイブレータかけ検知装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、３０ バイブレータかけ検知装置
２ センサ素子
４ 電気信号検出部
５、７ 信号増幅アンプ
６ フィルタ
８、３８ 判定部
９ 表示部
１０、１１ 演算部
１２ 記憶部
１３ 判定出力部
３１ 同期信号発生器
３２ 可変周波数発振器
３３ ドライブアンプ
３４ 抵抗
３５ 差動アンプ
３６ ４象限掛け算器
３７ ローパスフィルタ
４０ 信号発生・印加部
４１ 周波数特性検出部
１００ 型枠
１０１ コンクリート
１０２ 鉄筋
【発明の属する技術分野】
本発明は、打設したコンクリート又はモルタルにバイブレーションをかけてコンクリート又はモルタルを締め固める際のバイブレータのかけ忘れを防止するバイブレータかけ検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリートの打設において、練られた直後のフレッシュコンクリートは、固体で大きさも異なる砂や砂利及びセメント、液体である水、気体の空気泡など、全く異質なものの混合物にすぎず、各物質同士はそれぞれ摩擦力によって一応の形を成すものの、実際には他の物質と混ざり合うことに抵抗している。このようなことから、コンクリートの打設後、バイブレータによる振動を印加して締め固めを行うようにしている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。打設直後のフレッシュコンクリートに振動を与えることで、液状化によりコンクリート密度が高まり、不要な混合空気が除去されて、過密配筋部や狭い型枠部でも骨材が均等に分布した強度が高く且つ綺麗なコンクリート構造物（製品）を得ることができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−５４３０２号公報
【特許文献２】
特開２００２−４５８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のバイブレーションによるコンクリートの締め固め方法にあっては、型枠内にコンクリートを充填させた後にバイブレータを数箇所一定時間かけるのみであり、全てを人の管理に任されていて、実際にバイブレータをかけた箇所とその時間等を自動的に検知及び記録する方法は無く、バイブレータのかけ忘れによるコンクリートの品質低下がしばしば見られるという問題がある。このバイブレータかけ忘れによる品質低下の問題は、モルタルの打設の場合も同様に生じる。
【０００５】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、コンクリート又はモルタルの打設後のバイブレーションかけ忘れを確実に防止できるバイブレータかけ検知装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のバイブレータかけ検知装置は、型枠内へ打設したコンクリート又はモルタルを締め固めるために与えるバイブレーションのかけ状況を検知するバイブレータのかけ検知装置であって、電気エネルギが印加された場合には機械エネルギを発生し、機械エネルギが印加された場合は電気エネルギを発生するセンサ素子と、所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を繰り返し発生し、発生した電気信号を前記センサ素子に印加する信号発生・印加手段と、前記信号発生・印加手段にて発生した電気信号が前記センサ素子に印加されることで、そのセンサ素子の振動周波数特性を検出する周波数特性検出手段と、前記周波数特性検出手段の検出結果から前記コンクリート又はモルタルの充填状況を判定する第１判定手段と、前記センサ素子に機械振動が印加されることで発生する電気信号を検出する電気信号検出手段と、前記電気信号検出手段で検出された機械振動の大きさに応じた電気信号を所定の基準データと比較し、その比較結果に基づいてバイブレータかけ状況を判定する第２判定手段と、前記センサ素子をコンクリート又はモルタルの充填検知側かコンクリート又はモルタルのバイブレータかけ検知側かのいずれか一方に切り替える切替手段と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
係る発明によれば、電気エネルギを印加することで機械エネルギを発生し、機械エネルギを印加することで電気エネルギを発生するセンサ素子を用いて、コンクリート又はモルタルの充填検知とバイブレータかけ検知を行う。
【００１４】
コンクリート又はモルタルの充填検知では、センサ素子に対して所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を印加して振動させて、センサ素子の振動周波数特性を検出することで、センサ素子がコンクリート又はモルタルに接触したときの振動周波数特性の変化によって充填物の空間内での充填状況を検知できる。他方、バイブレータかけ検知では、センサ素子に機械振動が印加されることで発生する電気信号を検出することで、コンクリート又はモルタルへのバイブレータかけ状況を検知できる。
【００１５】
したがって、センサ素子をコンクリート又はモルタルの充填検知側に切り替えることで、型枠内へのコンクリート又はモルタルの充填を知ることができるとともに、コンクリート又はモルタルのバイブレータかけ検知側に切り替えることで、コンクリート又はモルタルへのバイブレーション印加状況を知ることができ、コンクリート又はモルタルの打設後のバイブレーションかけ忘れを確実に防止できる。
【００１６】
請求項２に係る発明のバイブレータかけ検知装置は、請求項１に係る発明のバイブレータかけ検知装置において、前記センサ素子が、圧電スピーカであることを特徴とする。
【００１７】
係る発明によれば、センサ素子として圧電スピーカを利用することによって、安価なバイブレータかけ検知装置を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、コンクリートへのバイブレータかけ検知に適用した例を図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置のセンサ素子の取り付け例を示す図である。また、図２は本実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の１つのセンサ素子に対する信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１において、本実施の形態に係るバイブレータかけ検知装置１は、複数個の振動検出用のセンサ素子２を備えている。これら振動検出用のセンサ素子２は、型枠（コンパネ）１００内へのコンクリート１０１の打設前に、型枠１００内の鉄筋１０２や型枠１００そのものに取り付けておく。なお、この図では、鉄筋１０２に対して４個のセンサ素子２を離間して取り付けている。各センサ素子２は電気信号を機械振動に変換する圧電スピーカなどの素子であり、打設後にコンクリート１０１内に挿入するバイブレータ１０３から発生する機械振動を検出する。このとき、各センサ素子２は、受けた機械振動の大きさに応じた信号レベルの電気信号を出力する。
【００２０】
次に、図２において、バイブレータかけ検知装置１は、センサ素子２の他に、信号増幅アンプ５と、フィルタ６と、信号増幅アンプ７と、判定部８と、表示部９とを備えている。信号増幅アンプ５は前置アンプであり、センサ素子２の微小な検出信号を所定レベルまで増幅する。フィルタ６はローパスフィルタであり、信号増幅アンプ５の出力信号に含まれるノイズ成分を除去する。信号増幅アンプ７は、フィルタ６でノイズ成分が除去された検出信号を所定レベルまで増幅して、その信号（出力電圧Ｖｂ）を出力する。バイブレータかけ状況を判定する判定手段である判定部８は、信号増幅アンプ７からの出力電圧Ｖｂと予め値を決定しておいた基準データとを比較し、その比較結果に基づいてバイブレータかけ状況を判定する。なお、本実施の形態では、信号増幅アンプ５、フィルタ６及び信号増幅アンプ７を含めて電気信号検出手段を構成する電気信号検出部４と呼ぶ。
【００２１】
図３は判定部８の構成を示すブロック図である。
この図において、判定部８は、電気信号の大きさを比較する演算部１０と、電気信号の持続時間を比較する演算部１１と、電気信号の大きさ基準データ及び電気信号の持続時間基準データを記憶した記憶部１２と、演算部１０及び１１の結果を出力する判定出力部１３とを備えている。演算部１０によって入力信号の大きさを比較判定し、演算部１１によって入力信号の持続時間を比較判定することで、バイブレータ１０３からの振動を確実に検知することが可能となる。
【００２２】
すなわち、図４に示すように、センサ素子２からの電気信号のレベルを、基準レベルＶref と比較してそれ以上であって、かつ、基準時間Ｔref と比較してそれ以上であれば、バイブレータ１０３からの振動と確定することができる。判定部８は、バイブレータ１０３からの振動と判定した場合には、振動を検出した旨の表示を行うためのデータを表示部９に入力する。表示部９は、判定部８より入力された表示データに基づく表示を行う。例えば、バイブレータ１０３からの振動が検出された場合には「振動検出」と表示し、振動が検出されていない場合には「振動非検出」と表示する。
【００２３】
なお、信号増幅アンプ５、フィルタ回路６、信号増幅アンプ７及び判定部８は１つのセンサ素子２に対して設けられるので、本実施の形態のバイブレータかけ検知装置１は、図１に示す如く４個のセンサ素子２を備えているので、同じ構成のものを他に３組有している。
【００２４】
図５は、本実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の判定部８の動作を示すフローチャートである。
この図において、先ず判定部８は信号入力の有無を判定する（ステップＳ１）。この判定において、信号入力が無ければこのステップを繰り返し、信号入力があれば、その信号のレベルが基準レベルＶref 以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。入力された信号のレベルが基準レベルＶref 以上でなければステップＳ１に戻り、基準レベルＶref 以上であれば、そのレベルが基準時間Ｔref継続するかどうかを判定する（ステップＳ３）。この判定において、入力信号のレベルが基準時間Ｔref に達してない場合、ステップＳ２に戻る。これに対して、基準時間Ｔref に達してこの時間Ｔref を継続した場合、センサ素子２からの電気信号がバイブレータかけのものであると判断して報知処理を行う（ステップＳ４）。すなわち、表示部９にバイブレータ１０３からの振動を検出した旨の指示を行う。
【００２５】
このように、本実施の形態に係るバイブレータかけ検知装置１によれば、機械エネルギを電気エネルギに変換するセンサ素子２に機械振動が印加されることでセンサ素子２が発生する電気信号を検出することによって、検出した電気信号を基準レベルＶref と比較するとともに、当該電気信号の信号出力継続時間を基準時間Ｔref と比較し、基準レベルＶref を超えるとともに基準時間Ｔref に達する場合に、検出した電気信号がバイブレータ１０３から出力される機械振動に基づくものと判定する。これにより、コンクリートへのバイブレーション印加状況を知ることができ、コンクリートの打設後のバイブレーションかけ忘れを確実に防止できる。
【００２６】
なお、上記実施の形態１では、バイブレータ１０３からの振動を検出した場合に、その旨を表示するだけであったが、記録するようにしても良い。例えば、半導体メモリ、磁気メモリ、光メモリ又は光磁気メモリなどの記録媒体を使用して記録する他、プリンタによる印刷が挙げられる。
【００２７】
また、１つのセンサ素子２に対して信号増幅アンプ５、フィルタ回路６、信号増幅アンプ７、判定部８及び表示部９を１組設けたが、これを１組のみ設けて、マルチプレクサ処理により複数のセンサ素子２を切り替えるようにしてもよい。
【００２８】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係るバイブレータかけ検知装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において前述した図１と共通する部分には同一符号を付けることとする。
【００２９】
本実施の形態２に係るバイブレータかけ検知装置３０は、上記実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置１の機能に加えて型枠１００内へのコンクリートの充填状況を検知する機能を備えたものである。この機能により、型枠１００内へのコンクリート１０１の充填と、充填したコンクリート１０１に対するバイブレータかけを検知することが可能となる。以下、上記実施の形態１と同様のバイブレータかけ検知回路構成を除く、コンクリート充填検知回路構成について説明する。
【００３０】
図６において、本実施の形態２に係るバイブレータかけ検知装置３０のコンクリート充填検知回路は、同期信号発生器３１と、可変周波数発振器３２と、ドライブアンプ３３と、抵抗３４と、差動アンプ３５と、４象限掛け算器３６と、ローパスフィルタ３７と、第１判定手段となる判定部３８とを備えている。また、センサ素子２として、圧電スピーカを用いる。圧電スピーカは、電気エネルギが印加された場合には機械エネルギを発生し、機械エネルギが印加された場合は電気エネルギを発生するので、コンクリート充填検知とバイブレータかけ検知の双方で使用することができる。本実施の形態では、切替手段となる切替スイッチ３９でセンサ素子２をコンクリート充填検知側Ａとバイブレータかけ検知側Ｂに切り替えるようにしている。
【００３１】
コンクリート充填検知回路において、同期信号発生器３１は、可変周波数発振器３２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。可変周波数発振器３２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器３１から同期信号が出力される毎に、初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。ドライブアンプ３３は、可変周波数発振器３２からの正弦波信号を、センサ素子２を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。なお、本実施の形態では、同期信号発生器３１、可変周波数発振器３２及びドライブアンプ３３を含めて信号発生・印加手段を構成する信号発生・印加部４０と呼ぶ。
【００３２】
抵抗３４は、センサ素子２に流れる電流を取り出すもので、その両端にセンサ素子２に流れる電流に対応する電圧が発生する。センサ素子２に流れる電流は周波数の変化によって変化するので、抵抗３４の両端に現れる電圧はセンサ素子２の周波数特性を反映したものになる。
【００３３】
差動アンプ３５は、抵抗３４の両端の電圧を増幅して電圧Ｖｉを出力する。４象限掛け算器３６は、加振用信号Ｖｒと電圧Ｖｉを乗算してこれらの電圧に対するノイズの影響を除去する。ローパスフィルタ３７は、４象限掛け算器３６の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。なお、本実施の形態では、抵抗３４、差動アンプ３５、４象限掛け算器３６及びローパスフィルタ３７を含めて周波数特性検出手段を構成する周波数特性検出部４１と呼ぶ。
【００３４】
判定部３８は、図示せぬマイコンやＬＣＤ（液晶表示器）等の表示器を備えており、センサ素子２にコンクリートを接触させないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ３７から出力される信号から、センサ素子２に対するコンクリート型枠内におけるコンクリートの接触・非接触を判定し、その結果（良否）を表示器上に表示する。この場合、センサ素子２の固有の振動周波数特性を一度設定しておけば以後メンテナンス時以外、再設定する必要はない。なお、このセンサ素子２の固有の振動周波数特性はマイコンのメモリに記憶される。また、このコンクリート充填検知回路における判定部３８を、先のバイブレータかけ検知回路の判定部８と区別するため、便宜上第１判定手段と呼び、先のバイブレータかけ検知回路の判定部８を第２判定手段と呼ぶ。
【００３５】
このような構成において、切替スイッチ３９がコンクリート充填検知回路側に切り替えられている状態で、可変周波数発振器３２にて発生した正弦波信号は、ドライブアンプ３３にて増幅されて加振用電圧Ｖｒとしてセンサ素子２に入力されて、センサ素子２にて機械振動が発生する。加振用電圧Ｖｒは４象限掛け算器３６へも入力される。センサ素子２に機械振動が発生すると、抵抗３４の両端にはセンサ素子２に流れる電流に対応する電圧が発生する。この電圧が差動アンプ３５にて増幅されて電圧Ｖｉが出力される。電圧Ｖｉとドライブアンプ３３からの加振用電圧Ｖｒとが４象限掛け算器３６にて乗算される。そして、その出力がローパスフィルタ３７にてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏとして得られる。
【００３６】
この出力信号Ｖｏは、加振用信号の周波数変化に対するセンサ素子２の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。このとき、センサ素子２の表面に何も接触していないと、センサ素子２の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が現れる。そして、このセンサ素子２の周りにコンクリートが充填されると、圧電スピーカ（センサ素子２）の振動特性が変化して、ピーク電圧の位置と大きさが変化する。判定部３８はこのピーク電圧の変化からコンクリートの充填状況を判定し、その結果を表示器上に表示する。これにより、容易にコンクリートの充填を判別することができる。
【００３７】
上記作動原理を、数式を用いて説明すると以下のようになる。
ここで、Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）、Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２ （１）
【００３８】
式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。したがって、ローパスフィルタ３７を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。
【００３９】
上述したように、コンクリート型枠内等の空間内にコンクリートが充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することで、その状況を検知することができる。
【００４０】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置１の機能に加えて型枠１００内へのコンクリートの充填状況を非破壊で検知する機能を備えたので、型枠１００内へのコンクリート１０１の充填と、充填したコンクリート１０１に対するバイブレータかけを検知することができる。
【００４１】
なお、上記各実施の形態では、単一の周波数範囲の正弦波を用いたが、周波数範囲を切り替える周波数範囲切替器（図示略）を設けて、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにしてもよい。この場合、可変周波数発振器３２は、周波数範囲切替器にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生させる機能を有することになる。このように、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにすることで、型枠の構造や材質等の物理的な特性に応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ、これによって、より精度の高い測定が可能となる。
【００４２】
また、上記実施の形態では、判定部３８を設けたが、必ずしもこれらを設ける必要はなく、オシロスコープなどの波形測定装置を用いて、ローパスフィルタ３７の出力波形を観測するようにしても良い。オシロスコープなどの波形測定装置がある場合は、判定部３８を不要とする分、装置としてのコストの削減が可能となる。
【００４３】
また、上記各実施の形態では、コンクリートの型枠等の閉鎖空間内への充填状況の検出について述べたが、他の木製型枠や鋼材で作られた型枠内への充填状況の検出等に使用できることは述べるまでもない。
【００４４】
なお、上記各実施の形態では、コンクリートへのバイブレータかけ検知について述べたが、本発明に係るバイブレータかけ検知装置は、モルタルへのバイブレータかけ検知にも同様に適用できることは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明のバイブレータかけ検知装置によれば、電気エネルギを印加することで機械エネルギを発生し、機械エネルギを印加することで電気エネルギを発生するセンサ素子を用いて、それをコンクリート又はモルタルの充填検知側とコンクリート又はモルタルのバイブレータかけ検知側とに切り替えるようにしたので、型枠内へのコンクリート又はモルタルの充填状況を知ることができるとともに、コンクリート又はモルタルの打設後のバイブレーションかけ忘れを確実に防止できる。
【００４９】
請求項２に係る発明のバイブレータかけ検知装置によれば、センサ素子として圧電スピーカを利用することによって、安価なバイブレータかけ検知装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の使用状態を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の判定部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の判定部の動作説明図で、電気信号の波形図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るバイブレータかけ検知装置の判定部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係るバイブレータかけ検知装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、３０ バイブレータかけ検知装置
２ センサ素子
４ 電気信号検出部
５、７ 信号増幅アンプ
６ フィルタ
８、３８ 判定部
９ 表示部
１０、１１ 演算部
１２ 記憶部
１３ 判定出力部
３１ 同期信号発生器
３２ 可変周波数発振器
３３ ドライブアンプ
３４ 抵抗
３５ 差動アンプ
３６ ４象限掛け算器
３７ ローパスフィルタ
４０ 信号発生・印加部
４１ 周波数特性検出部
１００ 型枠
１０１ コンクリート
１０２ 鉄筋
Claims (2)
- 型枠内へ打設したコンクリート又はモルタルを締め固めるために与えるバイブレーションのかけ状況を検知するバイブレータのかけ検知装置であって、電気エネルギが印加された場合には機械エネルギを発生し、機械エネルギが印加された場合は電気エネルギを発生するセンサ素子と、所定の範囲で周波数が経時的に変化する電気信号を繰り返し発生し、発生した電気信号を前記センサ素子に印加する信号発生・印加手段と、前記信号発生・印加手段にて発生した電気信号が前記センサ素子に印加されることで、そのセンサ素子の振動周波数特性を検出する周波数特性検出手段と、前記周波数特性検出手段の検出結果から前記コンクリート又はモルタルの充填状況を判定する第１判定手段と、前記センサ素子に機械振動が印加されることで発生する電気信号を検出する電気信号検出手段と、前記電気信号検出手段で検出された機械振動の大きさに応じた電気信号を所定の基準データと比較し、その比較結果に基づいてバイブレータかけ状況を判定する第２判定手段と、前記センサ素子をコンクリート又はモルタルの充填検知側かコンクリート又はモルタルのバイブレータかけ検知側かのいずれか一方に切り替える切替手段と、を具備することを特徴とするバイブレータかけ検知装置。
- 前記センサ素子は、圧電スピーカであることを特徴とする請求項１に記載のバイブレータかけ検知装置。
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