JP4074961B2 - Acoustic diagnosis / measurement apparatus using pulsed electromagnetic force and diagnosis / measurement method thereof - Google Patents

Acoustic diagnosis / measurement apparatus using pulsed electromagnetic force and diagnosis / measurement method thereof Download PDF

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Description

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。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to an acoustic diagnosis / measurement device using a pulse electromagnetic force of a structure composed of a conductor and a non-conductive material covering the conductor, and a diagnosis / measurement method thereof, for example, corrosion and adhesion of reinforcing bars in reinforced concrete. Reinforcing bar position, reinforcing bar diameter, presence or absence of rebar breaking, tearing position, and method of diagnosing or measuring the position of a water pipe buried in the soil, and fixing of a conductor fixed with a fastener The present invention relates to a condition diagnosis method.
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。   In reinforced concrete structures such as tunnels, bridges, buildings, retaining walls, dams, civil engineering buildings, etc., for the purposes of strength evaluation, life evaluation, or determination of construction procedures, the location of the reinforcing bars, the diameter of the reinforcing bars, the reinforcing bars It is necessary to know the degree of corrosion of the steel and the adhesive strength of the reinforcing bars without destruction. For this reason, in order to determine the location, corrosion state, adhesion force, etc. of reinforced concrete reinforcing bars, for example, X-ray imaging method in which a structure is sandwiched between an X-ray generator and a film, Ultrasonic diagnostic method to detect and detect reflected ultrasonic waves by applying an ultrasonic generator, percussion method to judge from the reflected sound by hitting the surface with a hammer etc., infrared imaging method to irradiate the surface with infrared rays, microwave Various methods such as a microwave method for irradiating from the surface are used.
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課題がある。
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。
However, in such conventional position detection and corrosion diagnosis methods of reinforced concrete, for example, in X-ray imaging, it is necessary to sandwich the structure between the X-ray generator and the film, and the shape and size of the structure. In addition, there are various restrictions such as location, it is hardly usable in tunnels, dams and the like, and it is necessary to consider a serious danger to the human body, and it is difficult to use it simply.
In addition, the location of the reinforcing bar by the percussion method requires considerable experience to become proficient, and it is not reliable because it relies on intuition. Also, in corrosion diagnosis, it is difficult to understand unless the corrosion of the reinforcing bar progresses so much that a cavity is formed, and it requires considerable experience to master, and furthermore, the reliability is low because it depends on intuition, In order to confirm, after all, there is a problem that it must be partially peeled and confirmed.
In the ultrasonic exploration method, ultrasonic waves are irradiated from the surface of reinforced concrete, and the position of the reinforcing bar is probed from the ultrasonic waves reflected from the reinforcing bar. However, the concrete contains gravel and discontinuous layers due to air bubbles. Are densely packed, so that the ultrasonic waves are attenuated and scattered, which makes analysis very difficult.
Further, the infrared imaging method and the microwave method can measure only the relatively surface of the structure because infrared rays and microwaves are rapidly attenuated by the concrete.
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。   As a diagnostic method for corrosion, an acoustic diagnostic method is known in which acoustics generated by elastic energy released when a structure is deformed or broken are detected and analyzed to diagnose the degree of corrosion of the structure. Yes. For example, a method is known in which an AE (Acoustic Emission) sensor is attached to a structure, AE is measured for a long time, and acoustic (AE) generated suddenly or accidentally due to corrosion destruction is observed. It must be observed continuously for a long time, or it is necessary to apply an excessive load, which is not necessarily suitable for diagnosing structural corrosion.
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。   As described above, there is no reliable method for diagnosing or measuring the degree of corrosion of reinforcing steel in reinforced concrete, the adhesion between reinforcing steel and concrete, and the position and diameter of reinforcing steel in concrete. Life expectancy has gone crazy, causing unexpected disasters.
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。   Structures consisting of a conductor with tension and a non-conductor covering the conductor, such as prestressed concrete, that is, bridges using this method, concrete utility poles, and concrete sleepers, are elastic. Reinforcing bars with tension applied to increase force are embedded in the concrete, and the reinforcing bars may be broken by long-term use. Conventionally, however, there is no method of nondestructively diagnosing and measuring the presence or absence of tears, and there have been cases in which a new one is periodically replaced or an unexpected disaster is caused.
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。   In addition, the position of water pipes and gas pipes buried in the soil in civil engineering work and construction work where it is necessary to drive piles etc. into the soil, such as conductor pipes buried in non-conductors. Need to know. Conventionally, the embedded position is measured using a metal detector, an ultrasonic detector, etc., but these devices are complicated and require a high level of expertise in handling, and the embedded position can be easily and In many cases, there is no way to know for sure, and a time-consuming method of digging back and checking is adopted.
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。   In addition, in the case of a structure in which conductors and conductors are fixed with fasteners, such as a road bridge constructed by fixing iron plates and iron plates with bolts and nuts, tightening with bolts and nuts It is necessary to check the condition regularly to ensure safety. However, in the case of large structures such as bridges, the bolts and nuts are huge and the tightening force is huge, so the operator could not make a diagnosis manually using a torque wrench or the like. . For this reason, conventionally, a large dedicated machine for inspection was required, and the inspection had to be done with the bridge closed.
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。   In view of the above-mentioned problems, the present invention ensures non-destructiveness of the degree of corrosion, adhesion, depth of cover, and diameter of a conductor of a structure composed of a conductor and a non-conductor covering the conductor. It is a first object to provide an apparatus for diagnosing or measuring, for example, a non-destructive apparatus capable of diagnosing and measuring the degree of corrosion of reinforcing steel in reinforced concrete, the adhesion between reinforcing steel and concrete, and the depth and diameter of concrete cover of reinforcing steel in concrete. The purpose.
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。   In addition, a non-destructive and reliable device for measuring the position of a conductor composed of a conductor and a non-conductor covering the conductor in the non-conductor without fail, for example, the position of the reinforcing bar in reinforced concrete A second object is to provide an apparatus for measuring the above.
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。   Advanced diagnosis or measurement of the degree of corrosion, adhesion, and position of conductors in structures consisting of conductors and non-conductors covering conductors based on minute vibration distributions and vibration propagation modes on the entire surface It is a third object of the present invention to provide a device capable of highly diagnosing and measuring the degree of corrosion of the reinforcing bar in the reinforced concrete, the adhesion between the reinforcing bar and the concrete, and the position of the reinforcing bar.
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。   In addition, a method of reliably diagnosing or measuring the degree of corrosion and adhesion of a conductor composed of a conductor and a non-conductor covering the conductor, for example, non-destructive corrosion of reinforcing bars in reinforced concrete A fourth object is to provide a method for diagnosing and measuring the degree of adhesion and the adhesion between reinforcing bars and concrete.
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。   Also provided is a method for reliably measuring the position of a conductor of a structure composed of a conductor and a non-conductor covering the conductor, for example, a method capable of measuring the position of a reinforcing bar in reinforced concrete without destruction. This is the fifth purpose.
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。   Also, a method for reliably and highly measuring the position of the conductor of the structure composed of the conductor and the non-conductor covering the conductor, for example, the degree of corrosion of the reinforcing bar in the reinforced concrete, non-destructive, It is a sixth object of the present invention to provide a method capable of highly diagnosing and measuring the adhesion force of concrete and the position of a reinforcing bar from the minute vibration distribution and vibration propagation mode of the entire surface.
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。   Also provided is a method for measuring a conductor diameter or cover depth of a structure composed of a conductor and a non-conductor covering the conductor, for example, a method for measuring a reinforcing bar diameter or cover depth of reinforced concrete. The seventh purpose is to do this.
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。   Further, it is a first object of the present invention to provide a method for diagnosing or measuring the degree of tightening of a conductor coupled via a fastener, for example, a method for diagnosing and measuring the degree of tightening of an iron plate tightened with a bolt and nut. 8 objectives.
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。   Also provided is a method for reliably diagnosing and measuring the position of a conductor embedded in a non-conductor, such as a method for diagnosing and measuring the position of a water pipe or gas pipe embedded in the soil. This is the ninth purpose.
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。   In addition, a method for reliably diagnosing and measuring the presence or absence or position of a conductor in a structure composed of a conductor and a non-conductor covering the conductor, for example, prestressed concrete, that is, using this method. It is a tenth object of the present invention to provide a method for measuring the presence or position of a broken bridge, a concrete utility pole, or a concrete sleeper.
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、締め具を介して互いに結合された導電体の結合部の直上に配置するコイルと、コイルに電流パルスを供給して磁場パルスを発生させる電源部と、磁場パルスによって導電体表面に発生する振動を電気信号に変換する、コイルに面する側の導電体に取り付ける変換器と他の導電体に取り付ける変換器と、変換器の出力波形を比較する計測部とよりなり、締め具の締め具合を診断・測定することを特徴とする。
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する。このため、締め具の締め付け具合に応じて、コイルに面する側の導電体の振動の他の導電体に伝わる強度が変化するので、締め付け具合の診断・測定ができる。
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、非破壊で確実に締め具の締め付け具合が診断・測定できる。
In order to achieve the above object, an acoustic diagnosis / measurement apparatus using pulsed electromagnetic force according to the present invention supplies a coil disposed immediately above a coupling portion of conductors coupled to each other via a fastener, and supplies a current pulse to the coil. A power supply unit that generates a magnetic field pulse, a transducer that converts vibration generated on the surface of the conductor by the magnetic field pulse into an electric signal, a converter that is attached to the conductor facing the coil, and a converter that is attached to another conductor, It comprises a measuring unit for comparing the output waveforms of the converter, and is characterized by diagnosing and measuring the degree of fastening of the fastener.
According to this apparatus, for example, when the structure to be measured is reinforced concrete, the reinforcing bar is directly excited by the magnetic field pulse, so that the sound having the position of the reinforcing bar as a sound source is generated and propagated to the surface of the structure. At this time, the acoustic waveform propagating to the surface of the structure changes according to the degree of corrosion of the reinforcing bars and the adhesion. For this reason, since the intensity | strength transmitted to the other conductor of the vibration of the conductor facing the coil changes according to the tightening condition of the fastener, the diagnosis and measurement of the tightening condition can be performed.
Since the rebar is directly excited by the magnetic field pulse, the acoustic waveform is extremely large compared to a conventional device that reflects and measures the sound wave from the ultrasonic source to the rebar, and is extremely reliable compared to the conventional percussion method. High, non-destructive and reliable diagnosis and measurement of fastener tightening.
上記構成において、好ましくは、変換器は、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、マイクロホン、又は導電体表面の振動を光学的変位として測定する変位検出器である。
また、好ましくは、光学的変位として測定する変位検出器は、コヒーレントなレーザー光を導電体の表面に照射し、反射光の有する導電体表面の振動に依存した位相差を干渉縞として検出するレーザー干渉計である。
In the above configuration, the transducer is preferably an acoustic emission sensor, an acceleration sensor, a microphone, or a displacement detector that measures vibration of the surface of the conductor as an optical displacement.
Preferably, the displacement detector that measures the optical displacement is a laser that irradiates the surface of the conductor with coherent laser light and detects a phase difference depending on the vibration of the conductor surface of the reflected light as an interference fringe. It is an interferometer.
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、複数のコイルはコイルの軸を揃えかつ密着して構成され、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。
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。
In addition, the coil is composed of a single coil or a plurality of coils, the plurality of coils are configured to align and closely contact the axis of the coil, the power supply unit is connected to each of the plurality of coils in series, A power source is formed by connecting a plurality of series circuits composed of a coil and a capacitor in parallel via a common switch. The common switch is turned on to apply a current pulse to the coil to generate a magnetic field pulse.
In the case of a plurality of coils, since it is divided into a plurality of coils, the inductance of each coil can be reduced, and the capacity of each storage capacitor can be reduced, so that each coil when a common switch is turned on. The time constant of the current pulse flowing in the can be reduced. Since the magnetic field pulses generated by the individual coils are superimposed, a magnetic field pulse having a high peak value and a narrow pulse width can be generated. A magnetic pulse with a high peak value and a narrow pulse width can be generated, so that the rebar can be excited strongly and can be reliably diagnosed and measured nondestructively.
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。
Furthermore, it is preferable to add a magnet for generating a static magnetic field to the coil.
According to this configuration, since the force for exciting the reinforcing bar is further increased, it is possible to diagnose and measure the reinforcing bar at a deeper position from the surface of the structure.
また、本発明のパルス電磁力による音響診断・測定方法は、締め具を介して互いに結合された複数の導電体の結合部の直上にコイルを配置し、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コイルに面する側の導電体に渦電流を誘起し、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して振動させ、コイルに面する側の導電体に取り付けた振動を電気信号に変換する変換器と、導電体以外の他の導電体に取り付けた変換器とにより電気信号に変換し、コイルに面する側の導電体に取り付けた変換器による電気信号の波形と他の導電体に取り付けた変換器による電気信号の波形とを比較し、締め具の締め具合を診断・測定することを特徴とする。
上記構成において、締め具は、好ましくは、ボルト及びナットである。
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する。このため、締め付け具合に応じて、コイルに面する側の導電体の振動の他の導電体に伝わる強度が変化するので、締め付け具合の診断・測定ができる。また、締め具がボルト及びナットであれば好適に適用できる。
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、非破壊で確実に締め付け具合の診断・測定ができる。
The acoustic diagnosis / measurement method using pulsed electromagnetic force according to the present invention includes a coil disposed immediately above a coupling portion of a plurality of conductors coupled to each other via a fastener, and a current pulse is applied to the coil to generate a magnetic field pulse. Eddy current is induced in the conductor facing the coil by the magnetic field pulse, and the conductor is excited and vibrated by the interaction force between the eddy current and the magnetic field pulse. Is converted into an electric signal by a converter that converts the vibration attached to the electric signal and a converter that is attached to another conductor other than the conductor, and the electric power generated by the converter that is attached to the conductor facing the coil. It is characterized by comparing the waveform of the signal with the waveform of an electric signal from a transducer attached to another conductor, and diagnosing and measuring the degree of tightening of the fastener.
In the above configuration, the fastener is preferably a bolt and a nut.
According to this method, for example, when the structure to be measured is reinforced concrete, the reinforcing bar is directly excited by the magnetic field pulse, so that sound having the position of the reinforcing bar as a sound source is generated and propagated to the surface of the structure. At this time, the acoustic waveform propagating to the surface of the structure changes according to the degree of corrosion of the reinforcing bars and the adhesion. For this reason, since the intensity | strength transmitted to the other conductor of the vibration of the conductor facing the coil changes according to the tightening condition, the diagnosis / measurement of the tightening condition can be performed. Moreover, if a fastener is a volt | bolt and a nut, it can apply suitably.
Since the reinforcing bar is directly excited by the magnetic field pulse, the acoustic waveform is much larger than that of a device that reflects and measures the sound wave from a conventional ultrasonic source to the reinforcing bar. Can do.
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、ボルト・ナット等の締め具合も容易に検査できる。また、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。   As described above, according to the present invention, for example, in a reinforced concrete structure such as a tunnel, a bridge, a building, a retaining wall, a dam, and a civil construction, not only the position of an internal reinforcing bar but also a tightening condition of a bolt and a nut can be easily performed. Can be inspected. In addition, because it can detect adhesion of reinforcing bars, corrosion of fine reinforcing bars, rust and concrete peeling, cracks, etc., it is possible to prevent destruction of reinforced concrete structures and peeling of concrete pieces. . Since it is possible to accurately estimate the remaining life of a reinforced concrete structure, the maintenance and management of the reinforced concrete structure can be performed reliably.
以下、図面に基づき本発明を実施するための最良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、かぶり深さ又は径を診断または測定できる。図1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、図1(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、図1(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。
図1(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。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, an embodiment of an acoustic diagnosis / measurement apparatus and diagnosis / measurement method using pulsed electromagnetic force according to the present invention for diagnosing or measuring corrosion, adhesion, cover depth or diameter of a conductor will be described.
An example in which the structure composed of a conductor and a non-conductor covering the conductor is a reinforced concrete composed of a reinforcing bar and concrete will be described.
According to this apparatus, it is possible to diagnose or measure the corrosion / adhesion force, cover depth or diameter of a reinforcing bar. FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an acoustic diagnosis / measurement apparatus and diagnosis / measurement method using pulsed electromagnetic force according to the present invention. FIG. 1 (a) shows a case where an acoustic transducer is attached to a concrete surface for measurement. FIG.1 (b) shows the case where it measures by attaching an acoustic transducer to the exposed reinforcing bar.
In FIG. 1 (a), an acoustic diagnosis / measurement apparatus 10 using a pulse electromagnetic force includes a coil 12 composed of electric wires attached to the surface of a reinforced concrete block 11 which is a structure under test, and a current pulse applied to the coil 12. Power supply unit 13, acoustic transducer 14 attached to the surface of reinforced concrete block 11, and measurement unit 15 connected to acoustic transducer 14 by signal cable 17.
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。
The coil 12 is configured by, for example, four coils each having a φ1.6 mm conducting wire wound around a 50 × 30 mm rectangular frame for seven turns with the axes aligned and in close contact with each other. The coil 12 is attached to the surface of a reinforced concrete block 11 as a test body. The power supply unit 13 applies a current pulse to the coil 12 via the power cable 16. The power supply unit 13 is not limited to the above-described configuration, and can be configured to generate a desired drive pulse in accordance with the size of the reinforced concrete block 11, the position and thickness of the reinforcing bar 11a, and the like. .
The acoustic transducer 14 is a known acoustic transducer, detects weak vibrations, converts them into electrical signals, and inputs the electrical signals to the measurement unit 15 via the signal cable 17.
The measurement unit 15 has a known configuration that is commercially available as an acoustic analysis device, for example, and amplifies the detection signal from the acoustic transducer 14 with an amplifier or the like, and after removing unnecessary signals with a filter or the like, Acoustic analysis is performed. Note that the measurement unit 15 is not limited to this, and when only the measurement of the waveform of the detection signal from the acoustic transducer 14 is sufficient, for example, an oscilloscope or the like may be used.
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、図1(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。
The acoustic diagnostic apparatus 10 using the pulse electromagnetic force of the present invention is configured as described above. When a current pulse is applied to the coil 12, a magnetic field pulse is generated in the internal direction of the reinforced concrete 11, and this magnetic field pulse is a conductor. An eddy current is induced in the reinforcing bar 11a. The reinforcing bar 11a is excited by the interaction force between the magnetic field accompanying this eddy current and the magnetic field of the magnetic field pulse. In this case, if the conductor 11a is a magnetic body, the force accompanying magnetic energy is also added to the excitation force and strengthened.
When the reinforcing bar 11a is excited, sound is generated using the reinforcing bar 11a as a sound source, and this sound is transmitted to the surface. The acoustic transducer 14 converts the acoustic signal into an electrical signal, and the electrical signal is measured via the signal cable 17. Input to the unit 15. The measuring unit 15 analyzes the waveform of the electric signal to determine the degree of corrosion of the reinforcing bar 11a or the crack of the concrete 11b. For example, if the reinforcing bar 11a is corroded, the sound using the reinforcing bar 11a as a sound source is absorbed and attenuated by the corroded part, and the waveform observed by the measuring unit 15 has a low intensity. In addition, when the adhesive strength of the reinforcing bars to the concrete is weak, the waveform observed by the measuring unit 15 is similarly weak. Further, if cracks exist in the concrete, the sound is attenuated, and the waveform observed by the measurement unit 15 has a low strength. Thus, the degree of damage of the reinforced concrete 11 can be measured by comparing the intensity of the acoustic waveform.
Further, as shown in FIG. 1B, even when the acoustic transducer 14 is attached to the exposed portion of the reinforcing bar and the vibration of the reinforcing bar is directly observed, the corrosion and adhesion of the reinforcing bar can be diagnosed and measured.
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。
図2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。
図2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。
Next, Example 1 is shown.
Example 1 shows an example of measurement by an acoustic diagnosis / measurement apparatus using pulsed electromagnetic force according to the present invention for diagnosing / measuring corrosion and adhesion of reinforcing bars.
FIG. 2 is a diagram showing the shape of a test reinforced concrete used in Example 1 and a measurement system, where (a) is a plan view and (b) is a side view.
As shown in FIG. 2, the test reinforced concrete 11 has a rectangular 200 × 150 × 100 mm concrete 11b and a distance from the top surface of the concrete 11b, that is, a cover depth d is 30 mm and the distance from the bottom surface is 57 mm. It consists of a buried reinforcing bar 11a with a diameter of 13 mm. The coil 12 is disposed right above the reinforcing bar 11 a on the surface of the reinforced concrete 11. The acoustic transducers 14 a and 14 b are arranged at symmetrical positions with the reinforcing bar 11 a on the surface of the reinforced concrete 11 interposed therebetween.
In this embodiment, a test reinforced concrete (normal test block) without cracks in the concrete 11b and a test reinforced concrete (crack test block) in which cracks reaching the reinforcing bar 11a exist in the concrete 11b are produced, and the same. Excitation was performed under conditions, and the acoustic waveforms observed by the acoustic transducers 14a and 14b were compared.
The coil 12 has a winding diameter of 30 × 70 mm obtained by winding 25 turns of a conductive wire having a wire diameter of 1.0 mm and an internal resistance of 0.2Ω, and a current pulse having a current peak value of 1000 A and a pulse width of 1.5 ms is applied. The reinforcing bar 11a was excited.
図3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。
図3(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。
図3(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。
3A and 3B are diagrams showing acoustic waveforms of a normal test block and a crack test block, where FIG. 3A shows the acoustic waveform of the normal block and FIG. 3B shows the acoustic waveform of the crack block.
3A and 3B, CH1 and CH2 are output waveforms of the acoustic transducers 14a and 14b, respectively, and CH3 is a waveform of a current pulse. The horizontal axis is the time axis displayed at 0.5 ms / div, the vertical axis is the voltage axis indicating the intensity of the acoustic waveforms of CH1 and CH2, and CH1 and CH2 are displayed with the zero point shifted.
As is clear from FIGS. 3A and 3B, it can be seen that the sound generated by exciting the reinforcing bar 11a with a current pulse is significantly attenuated if there is a crack.
In this way, the presence or absence of cracks in the concrete can be diagnosed.
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・測定方法の実施の最良の形態を説明する。
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。
図4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。
図4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(図1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(図1と同等なため図示せず)で接続した計測部15(図1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。
Next, the best mode for carrying out the acoustic diagnosis / measurement apparatus using pulse electromagnetic force and the acoustic diagnosis / measurement method using pulse electromagnetic force according to the present invention for measuring the position of the conductor will be described.
According to this apparatus, the position of the reinforcing bar in the reinforced concrete can be measured.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the configuration and measurement method of the acoustic diagnosis / measurement apparatus using the pulse electromagnetic force of the present invention.
As shown in FIG. 4, the acoustic position exploration device 20 includes a coil 12 composed of electric wires attached to the surface of a reinforced concrete block 11, and a power supply unit 13 that applies a current pulse to the coil 12 (because it is equivalent to FIG. 1. (Not shown), a plurality of acoustic transducers 14 (14a, 14b, 14c) attached to the surface of the reinforced concrete 11, and the acoustic transducers 14 and signal cables 17 (not shown because they are equivalent to FIG. 1). It comprises a measuring unit 15 (not shown because it is equivalent to FIG. 1).
A plurality of acoustic transducers 14 are arranged around the coil 12, and a current pulse is applied to the coil 12 to excite the reinforcing bar 11a, thereby generating sound using the reinforcing bar 11a as a sound source. The sound is converted into an electrical signal by each acoustic transducer 14 and the respective electrical signals are measured by the measuring unit 15, so that the time required for the sound to reach each acoustic transducer 14 from the sound source, that is, a propagation delay. Measure time.
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、図4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。
Since the propagation velocity v of the sound wave in the concrete 11b is substantially constant, the distance r between each acoustic transducer 14 and the sound source, that is, each acoustic transducer 14 and the reinforcing bar, using the propagation velocity v and the delay time t. The distance to 11a can be obtained. From these distances, the sound source position, that is, the location of the reinforcing bar 11a can be obtained.
For example, as shown in FIG. 4, if the reinforcing bar 11a has a rod shape, the distance between each sound source and the reinforcing bar 11a based on the delay times ta, tb, and tc of the acoustic transducers 14a, 14b, and 14c, respectively. ra, rb, rc (= v · ta, v · tb, v · tc) are obtained, and spheres with radii ra, rb, rc are drawn around the positions where the respective acoustic transducers 14 are arranged. If the common tangent is obtained, this tangent becomes the location of the reinforcing bar 11a.
In the above configuration, a plurality of acoustic transducers 14 are arranged on the surface of the concrete 11, and a single acoustic signal is generated to measure the propagation delay time at each acoustic transducer 14 at the same time. The transducer 14 may be moved on the surface of the concrete 11 and an acoustic signal may be generated at each moving position to measure the propagation delay time individually.
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。
図5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。図5(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。
図5(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。
Next, Example 2 is shown.
Example 2 shows a measurement example by an acoustic diagnosis / measurement apparatus using a pulse electromagnetic force of the present invention for measuring the position of a conductor.
FIG. 5 is a diagram showing the surface shape of the reinforced concrete used in this example and the method for producing the reinforced concrete. (A) is a reinforced concrete surface shape, (b) is an outer frame for producing reinforced concrete, and (c) is a diagram showing the appearance of the produced reinforced concrete. As shown in FIG. 5 (b), the reinforced concrete used in this example was covered with an elastic vinyl sheet except for the center of the reinforcing bar 11a, and the concrete was poured into the outer frame. Therefore, in this reinforced concrete, only the center of the reinforcing bar 11a is in contact with the concrete 11b, and the other part of the reinforcing bar 11a is not in contact with the concrete 11b. For this reason, since the excited sound is transmitted to the concrete only from the central portion of the reinforcing bar 11a, the sound source can be regarded as a point sound source.
As shown in FIG. 5 (a), the center of the reinforced concrete 11 is the origin, the horizontal and vertical directions are the x-axis and y-axis, respectively, the coil is placed at the origin, and the sound is converted to various coordinate (x, y) points. The sound propagation delay time was measured by placing the instrument. The exciting coil, acoustic transducer, and current pulse are the same as in the first embodiment.
図6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。
図6において、CH1,CH2はそれぞれ図5(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。
図6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。
FIG. 6 is a diagram showing the measurement result of the acoustic propagation delay time due to the difference in distance from the sound source in reinforced concrete.
In FIG. 6, CH1 and CH2 indicate acoustic waveforms when acoustic transducers are arranged at the coordinates (-1, 0) and (3, 2) shown in FIG. 5A, respectively, and CH3 indicates the waveform of the current pulse. It is. The horizontal axis is the time axis displayed at 0.1 ms / div, the vertical axis is the voltage axis indicating the intensity of the acoustic waveforms of CH1 and CH2, and CH1 and CH2 are displayed with the zero point shifted.
As apparent from FIG. 6, the CH1 acoustic waveform close to the sound source rises almost simultaneously with the rise of the current pulse waveform, but the CH2 acoustic waveform far from the sound source rises considerably later than the rise of the current pulse waveform. Yes.
Thus, the distance from the sound source can be detected as the propagation delay time.
図7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。
図7において、音源からの距離は、図6(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、図7で説明した方法と同等である。
図7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、図6で説明した伝搬遅延時間と図7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。
FIG. 7 is a diagram in which the sound speed in concrete is measured from the measurement of various distances from the sound source and the propagation delay time.
In FIG. 7, the distance from the sound source indicates the distance between each coordinate point in FIG. 6A and the sound source. The measurement of the propagation delay time is equivalent to the method described in FIG.
As is clear from FIG. 7, it can be seen that the speed of sound in the concrete is substantially constant. Therefore, the distance to the sound source can be found from the propagation delay time described in FIG. 6 and the sound speed described in FIG. If the number of measurement points is increased, the distance from each measurement point to the sound source is obtained, and the position in the reinforced concrete satisfying all these distances is obtained, the position of the reinforcing bar is obtained.
In this manner, according to the acoustic position search apparatus using the pulse electromagnetic force of the present invention, the position of the reinforcing bar can be searched for by being broken.
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。
Next, the acoustic diagnosis / measurement apparatus of the present invention using a displacement detector that measures the vibration of the structure surface as an optical displacement will be described.
The acoustic diagnosis / measurement apparatus of the present invention is provided with a surface displacement detector instead of the acoustic transducer 14 and reads vibrations on the surface of the structure under test 11 instead of the acoustic. The configuration is the same.
As the surface displacement detector used here, any type can be used as long as it is a detector capable of measuring a minute displacement, and in particular, the entire surface of the structure under test 11 is irradiated with a coherent laser beam, If a laser interferometer that detects the phase difference of reflected light accompanying the vibration of the surface of the structure under test 11 as an interference fringe is used, a more precise and advanced diagnosis can be performed.
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。
図8は、コイルと電源部の構成を示す図であり、図8(a)は従来の構成例を示し、図8(b)は本発明の構成を示す。
従来の構成は図2(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図2(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。
Next, the configuration of the coil and the power supply unit used in the acoustic diagnosis / measurement apparatus of the present invention will be described.
8A and 8B are diagrams showing the configuration of the coil and the power supply unit. FIG. 8A shows a conventional configuration example, and FIG. 8B shows the configuration of the present invention.
As shown in FIG. 2 (a), the conventional configuration is composed of a single coil, and the capacitor C is charged by the AC voltage V from the commercial power source AC, and the charge of the charged capacitor C is mechanical or semiconductor switch. When the switch SW is turned on, the current pulse is applied to the coil 12 as a current pulse.
As shown in FIG. 2 (b), the coil and power supply unit of the present invention are divided into a plurality of coils 12 having small inductances, and each coil is superposed with a magnetic field generated by each coil. The shafts are arranged in close contact with each other, and a capacitance C is connected to each coil in series. Four series circuits comprising the coil 12 and the capacitance C are connected to a common power source V as a mechanical switch or a semiconductor switch. Are connected in parallel via a common switch SW.
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。
図9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、図9(a)は従来の構成によるもの、図9(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。図9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。
According to this configuration, the inductance of the individual series circuit is small, and the capacitance of the individual capacitor C is also small. Therefore, the time constant of the current pulse when the SW is turned on can be reduced, and the individual coils are generated. Since the magnetic field pulses are superimposed, a magnetic field pulse having a short pulse width and a large peak value can be obtained.
FIG. 9 is a diagram showing a measurement example of the current pulse waveform by the coil and the power supply unit of the present invention and the acoustic signal generated thereby, FIG. 9A is based on the conventional configuration, and FIG. The thing by the structure of this invention is shown. The acoustic signal was measured by the acoustic diagnosis / measurement apparatus using the pulse electromagnetic force of the present invention. Further, a reinforced concrete having a cover depth d of 30 mm and a reinforcing bar 13D (deformed reinforcing bar 13 mmφ) was used. As can be seen from FIG. 9, according to the configuration of the coil and the power supply unit of the present invention, the current pulse width is much narrower and larger than the conventional configuration.
Also, it can be seen that the received waveform of the AE (Acoustic Emission) sensor, that is, the output waveform of the acoustic transducer, is much larger than the conventional configuration according to the configuration of the coil and the power supply unit of the present invention. .
That is, according to the configuration of the coil and the power supply unit of the present invention, a magnetic field pulse having a narrow pulse width and a large peak value can be generated, and as a result, the reinforcing bar can be excited strongly.
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。
Next, the measurement unit used in the apparatus of the present invention will be described.
The measurement unit samples the output waveform of the acoustic transducer, performs A / D conversion on the sampled value, stores the A / D converted digital data in a memory, and processes the digital data through a CPU with a predetermined signal processing procedure. A predetermined calculation is performed in accordance with a program having the following, and the result is stored in a memory or displayed via a display device. The predetermined signal processing procedure program is a program for displaying the time domain waveform of the output waveform, a program for calculating and displaying a frequency domain waveform consisting of the Fourier transform spectrum of the output waveform based on the time domain waveform of the output waveform, and Are various signal processing programs described below. As the sampling device, A / D converter, memory, CPU, and display device, commercially available general-purpose devices can be used.
With this configuration, time-domain waveforms can be measured and displayed, and information regarding corrosion and adhesion can be displayed. It also extracts and displays the characteristics related to corrosion / adhesion from the time domain waveform, or calculates and displays the frequency domain waveform consisting of the Fourier transform spectrum of the output waveform, and also corrosive / adhesive force from the frequency domain waveform. It is possible to extract and display the characteristics related to corrosion and adhesion information.
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。
Next, Example 3 is shown.
Example 3 shows that characteristics relating to corrosion and adhesion can be extracted from a waveform in the time domain.
The following three types of reinforced concrete test blocks were prepared and compared.
(A) Normal reinforced concrete.
(B) Normal reinforced concrete is fatigued using a fatigue tester and concrete cracks generated from the reinforcing bars are slightly generated.
(C) The test block of (B) is further fatigued, and the adhesion between the reinforcing bar and concrete is lost.
All of the above test blocks were 13D (deformed bar 13 mφ), cover depth d was 30 mm, and 200 × 150 × 100 mm.
The coil 12 and the acoustic transducer 14 were attached to the surface of the test block, and a current pulse having a peak current value of 2000 A and a pulse width of 350 μs was applied to the coil 12 to excite the rebar.
図10(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。
10 (a), (b), and (c), the output waveforms from the acoustic transducers of the respective test blocks (A), (B), and (C) are displayed as waveforms in the time domain by this measurement unit. FIG.
As can be seen from the figure, in normal reinforced concrete (A), a waveform close to a triangular shape having an axis of symmetry and a vertex in the time axis direction is shown.
It can be seen that the cracked test block (B) shows a waveform close to a square shape having an axis of symmetry and a vertex in the time axis direction.
It can be seen that the output block hardly appears in the test block (C) having no adhesion between the reinforcing bar and the concrete.
As described above, when the waveform in the time domain is displayed by the measurement unit of the apparatus of the present invention, it can be seen that the difference in corrosion and adhesion of the reinforcing bars appears in the waveform shape.
次に実施例4を示す。
実施例4は、図1(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。
図11(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。
Next, Example 4 is shown.
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 1B, even when the acoustic transducer (AE sensor) is attached to the reinforcing bar exposed from the reinforced concrete, it is possible to extract the characteristics relating to the corrosion / adhesion force from the waveform in the time domain. Is shown.
The same test block as in Example 3 is used, and the experimental conditions are the same as in Example 3 except for the mounting position of the acoustic transducer.
11 (a), 11 (b), and 11 (c) show output waveforms measured by attaching an acoustic transducer directly to the reinforcing bars of the test blocks (A), (B), and (C), respectively. It is the figure displayed as a waveform of a time domain.
As can be seen from the figure, in normal reinforced concrete (A), almost no output waveform appears. This is because the adhesion between the reinforcing bar and the concrete is high, so that even if the reinforcing bar is excited, the damping force is strong and the vibration is immediately attenuated.
It can be seen that the cracked test block (B) shows a waveform close to a triangular shape having an axis of symmetry and a vertex in the time axis direction.
The test block (C) having no adhesion between the reinforcing bar and the concrete shows a waveform close to a triangular shape having a symmetrical axis and a vertex in the time axis direction, but it can be seen that the test block (C) has a long tail in the time axis direction. This is because there is no adhesion between the reinforcing bar and the concrete, that is, a gap is formed between the reinforcing bar and the concrete, so that the damping force of the reinforcing bar vibration is small and the vibration continues for a long time.
Thus, when the time domain waveform is displayed by the measurement unit of the apparatus of the present invention, it can be seen that even if the acoustic transducer is directly attached to the reinforcing bar, the difference in the adhesive strength of the reinforcing bar appears in the waveform shape.
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は次式で定義する。
実効値xrms は次式で定義する。
ピーク値xp は次式で定義する。
波形率SFは次式で定義する。
波高率CFは次式で定義する。
Next, a description will be given of the extraction of characteristics related to corrosion / adhesion force based on the waveform rate of the time domain, the crest factor, and the display of good / bad information by the measurement unit.
First, calculation formulas for deriving the waveform rate and the crest factor used in the signal processing procedure program of the measurement unit will be shown.
Each data value of the waveform in the time domain is set to x i and the total number of data is set to N.
The average value x av is defined by the following equation.
The effective value x rms is defined by the following equation.
The peak value x p is defined by the following equation.
The waveform rate SF is defined by the following equation.
The crest factor CF is defined by the following equation.
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。
図12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、例えば図12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。
Next, Example 5 is shown.
In the fifth embodiment, the waveform rate SF and the crest factor CF are calculated from the time domain waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) measured in the third embodiment, based on the above formulas (1) to (5). Is a comparison.
FIG. 12 is a diagram comparing the waveform rate SF and the crest factor CF of the test blocks (A), (B), and (C).
As is apparent from the figure, it can be seen that the waveform rate SF and the crest factor CF are clearly different depending on the test block, that is, the adhesion force of the reinforcing bars.
In this way, the measurement unit calculates the waveform rate SF and the crest factor CF of the measurement object by a predetermined signal processing procedure program. For example, the threshold value of the waveform rate in FIG. When the threshold value of the rate is set to 5.50, it is determined whether the waveform rate or the crest factor of the measurement object is less than or greater than these threshold values, and information on good or bad is displayed.
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 )を次式で定義する。
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 )を次式で定義する。
過酷度SFを次式で定義する。
Next, extraction of characteristics and display of information on corrosion / adhesion force according to severity extracted from the shape of the envelope of the waveform in the time domain by the measurement unit will be described.
First, a calculation formula for deriving the severity used in the signal processing procedure program of the measurement unit will be shown.
First, the absolute value of the data value x i of the waveform in the time domain is taken, and an envelope waveform smoothed by arranging in order of sampling time is calculated. Each data value of the envelope waveform is assumed to be y i . The probability P (y i ) is defined by the following equation.
Probability of the initial state of P (y i) P a of the object measured (y i), a predetermined time after use probability P (y i) of the target measurement object as P b (y i), the amount of information IF (y i ) is defined by the following equation.
The severity SF is defined by the following equation.
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。
図13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。
Next, Example 6 is shown.
In the sixth embodiment, envelopes are obtained from the time domain waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) obtained in the third embodiment, and the severity is compared.
FIG. 13 is a diagram illustrating the envelope (a) and the reciprocal logarithmic envelope (b) of each of the test blocks (A), (B), and (C). The reciprocal logarithmic envelope is an envelope with a value obtained by taking the logarithm of the reciprocal of the probability P (y i ).
As is clear from (a), it can be seen that the envelopes of the test blocks (B) and (C) are considerably deviated from the envelope of the test block (A). In this way, if the envelope of the test block (A) is the initial envelope, and the envelopes of the test blocks (B) and (C) are envelopes after use for a certain period of time, then by comparing the envelopes It is possible to diagnose the occurrence of corrosion or the decrease in adhesion force.
As is clear from (b), a clear difference appears between the reciprocal logarithmic envelope and the initial state, and corrosion / adhesion can be diagnosed by the severity obtained by adding this difference on the time axis. . In this way, the measurement unit calculates the envelope of the measurement target, the reciprocal logarithmic envelope, and the severity by a predetermined signal processing procedure program, and compares it with a predetermined threshold value of the severity. Judge whether it is less than or equal to the threshold value and display good / bad information.
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。
図14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。
図15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。
図16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。
図17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。
図18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。
図19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。
図14〜図19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。
Next, extraction of features related to corrosion / adhesion by using a standardized waveform obtained by dividing each value of the time-domain waveform by the effective value of the time-domain waveform, or a waveform obtained by raising the normalized waveform to the power Will be described.
The normalized waveform is a waveform obtained by dividing the data value x i of the waveform in the time domain by the effective value x rms represented by the equation (2).
Next, Example 7 is shown.
In the seventh embodiment, the normalized waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) are obtained from the time domain waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) measured in the third embodiment. This is a comparison of the calculated power waveforms.
FIG. 14 is a diagram illustrating a time domain waveform (a), a normalized waveform (b), and a square waveform (c) of the normalized waveform of the test block (A).
FIG. 15 is a diagram illustrating a cubed waveform (a) of the normalized waveform of the test block (A) and a cubed waveform (b) of the normalized waveform.
FIG. 16 is a diagram illustrating a time domain waveform (a), a normalized waveform (b), and a square waveform (c) of the normalized waveform of the test block (B).
FIG. 17 is a diagram illustrating the cubed waveform (a) of the normalized waveform of the test block (B) and the cubed waveform (b) of the normalized waveform.
FIG. 18 is a diagram illustrating a time domain waveform (a), a normalized waveform (b), and a square waveform (c) of the normalized waveform of the test block (C).
FIG. 19 is a diagram illustrating the cubed waveform (a) of the normalized waveform of the test block (C) and the cubed waveform (b) of the normalized waveform.
As can be seen from FIG. 14 to FIG. 19, the normalized waveform and the power waveform of the normalized waveform differ from the time domain waveform by the test blocks (A), (B), and (C), that is, corrosion / It can be seen that there is a large difference depending on the degree of adhesion, and in particular, the difference in the high-order power waveform is remarkably large.
Thus, by comparing the normalized waveform and the power waveform of the normalized waveform, the degree of corrosion / adhesion can be diagnosed with high sensitivity.
In this way, the measurement unit calculates a normalized waveform and a power waveform of the normalized waveform from the time domain waveform by a predetermined signal processing procedure program, extracts the features, and compares them with the threshold values. It is judged whether it is less than the threshold value or more, and the information of good or bad is displayed.
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。
図20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。
Next, the extraction of features related to corrosion / adhesion by the waveform in the frequency domain and the display of good / bad information by the measurement unit will be described.
The frequency domain waveform is obtained by Fourier transforming the time domain waveform by the signal processing procedure program of this measurement unit.
Next, Example 8 is shown.
In the eighth embodiment, the time domain waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) obtained in the third and fourth embodiments are Fourier transformed to obtain the frequency domain waveform, and the test blocks (A), (B ) And (C) waveforms in the frequency domain are compared.
FIG. 20 is a diagram showing a frequency domain waveform obtained from the time domain waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) obtained in the third embodiment, and (a) shows the test block (A). (B) is a figure which shows the waveform of a test block (B), (c) is a waveform of the frequency domain of a test block (C).
As can be seen from (a), in the case of the test block (A) which is a normal reinforcing bar, there are frequency components randomly and almost continuously in the frequency region from 20 kHz to 80 kHz.
As can be seen from (b), in the case of the test block (B), which is a cracked reinforcing bar, specific frequency components appear at specific intervals.
As can be seen from (c), in the case of the test block (C), which is a reinforcing bar that has lost its adhesion, it is not as noticeable as in the case of the test block (B), but specific frequency components appear at specific intervals. In addition, the frequency component around 150 kHz is large.
The difference between (a) and (b), that is, the difference between the test block (A) and the test block (B) is extremely significant, and even when it is difficult to distinguish the difference from the time domain waveform, the frequency domain waveform The difference can be clearly identified by using.
図21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図20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。
FIG. 21 is a diagram illustrating a frequency domain waveform obtained from the time domain waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) measured in Example 4 by directly attaching an acoustic transducer to a reinforcing bar. (A) shows the waveform of the test block (A), (b) shows the test block (B), and (c) shows the frequency domain waveform of the test block (C).
As can be seen from these figures, even when the acoustic transducer is attached directly to the reinforcing bar, as in FIG. 20, it can be seen that the specific frequency components tend to appear at specific intervals as the adhesive force decreases.
In this way, the measurement unit calculates the frequency domain waveform from the time domain waveform using a predetermined signal processing procedure program, compares it with the reference pattern, calculates the degree of coincidence, and determines the coincidence threshold value. Compared with, it is judged whether it is less than or equal to the threshold value, and information on good and bad is displayed.
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。   In addition, the measurement unit obtains a normalized waveform or a power waveform of the normalized waveform from the frequency domain waveform by the same means as described in the sixth and seventh embodiments, and the normalized waveform or the normalized waveform. It is possible to extract features relating to corrosion / adhesion with extremely high sensitivity using a power waveform. In addition, the severity is calculated from the normalized waveform or a power waveform of the normalized waveform, and compared with a predetermined threshold value of the severity level, it is extremely sensitive whether the severity level of the measurement object is below or below the threshold value. It is possible to display good / bad information.
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。
図22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。
Next, a method for measuring the covering depth or the reinforcing bar diameter of the reinforced concrete of the present invention will be described.
FIG. 22 is a diagram showing a method for measuring a reinforcing bar diameter or a cover depth and a measurement example according to the present invention, (a) is a measurement method, and (b) is a diagram showing a measurement result.
As shown in (a), a coil 12 is attached directly above the reinforcing bar 11a of the reinforced concrete 11, an acoustic transducer 14 is attached to the surface of the reinforced concrete 11, and a magnetic field pulse is applied from the coil 12 to excite the reinforcing bar 11a. The acoustic signal having the reinforcing bar 11a as a sound source is converted into an electrical signal by the acoustic converter 14, and the measurement unit 15 measures the characteristic value such as the peak-to-peak value of the peak value of the acoustic signal. When the cover depth d is known, the correspondence between the reinforcing bar diameter, the cover depth, and the feature value prepared in advance is used to obtain the reinforcing bar diameter corresponding to the measured feature value and the cover depth. When the cover depth d is unknown, the cover depth d is measured by the method for measuring the position of the conductor described above.
If the rebar diameter is known and the cover depth d is not known, use the measured feature value and the correspondence between the rebar diameter, the cover depth and the feature value prepared in advance to correspond to the measured feature value and the rebar diameter. The fogging depth d is determined.
The vertical axis of (b) is a feature value, and in this example, the peak-to-peak value of the peak value is used. The horizontal axis is the cover depth d. As shown in the inset in the figure, the dependency of the depth of the reinforcing bars 10d, 13d, 16d, 19d, 25d (different shaped reinforcing bars 10mmφ, 13mmφ, 16mmφ, 19mmφ, 25mmφ) on the depth of d is measured. did.
As can be seen from the figure, the feature value depends on both the reinforcing bar diameter and the cover depth d. Therefore, the cover depth d or the reinforcing bar diameter can be measured based on the correspondence prepared in advance.
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。
図23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。
Next, a method for diagnosing and measuring the tightness of the fastener of the present invention will be described.
FIG. 23 is a diagram showing a method for diagnosing and measuring the tightening degree of the fastener of the present invention. FIG. 23A shows a state in which the conductor 21 and the conductor 22 are fastened and fixed via bolts 23 and nuts 24. Is a diagram seen from the side, and (b) is a diagram seen from directly above.
The coil 12 is disposed immediately above the bolt 22 of the conductor 21 and the acoustic transducers 14R and 14L are attached to the surfaces of the conductor 21 and the conductor 22, respectively. When a magnetic field pulse is applied by the coil 12, an eddy current is induced on the surface of the conductor 21, and the conductor 21 is excited by an interaction force between the magnetic field of the eddy current and the magnetic field of the magnetic field pulse. If the bolt 23 and the nut 24 are firmly tightened, the acoustic signal generated by the conductor 21 is well transmitted to the conductor 22, and the acoustic signals of the acoustic transducer 14R and the acoustic transducer 14L are substantially equal. . If the bolt 23 and the nut 24 are loose, the acoustic signal generated by the conductor 21 is difficult to be transmitted to the conductor 22, and a difference occurs between the acoustic signals of the acoustic transducer 14R and the acoustic transducer 14L.
In this way, the tightening degree of the fastener can be diagnosed and measured.
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。
図24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。
Next, Example 9 is shown.
Example 9 shows that the tightening degree of the fastener can be diagnosed and measured by the method of diagnosing and measuring the tightening degree of the fastener of the present invention.
Two aluminum plates (200 × 300 × 3t) were fixed with six stainless steel bolts and nuts (M10 × 15). The current pulse applied to the coil has a peak value of 2000 A and a pulse width of 350 μs.
FIGS. 24A and 24B are diagrams showing measurement results when the bolts and nuts are firmly tightened. FIGS. 24A and 24B are output waveforms of the acoustic transducer 14R attached to the conductor 21 on the side facing the coil. (C) and (d) show the output waveforms of the acoustic transducer 14L on the conductor 22 side that is fastened and fixed to the conductor 21 with bolts and nuts.
(A) and (c) are output waveforms measured by passing a BP (bandpass filter: passband 20 kHz to 500 kHz) and cutting a frequency component of 20 kHz or less, and (b) and (d) ) Is an output waveform with all frequency components up to 500 kHz.
As can be seen from the figure, when tightened tightly, the output waveform of the acoustic transducer 14L is equivalent to the output waveform of the acoustic transducer 14R.
図25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。
FIG. 25 is a diagram showing measurement results when the bolts and nuts are loosened. FIGS. 25A and 25B show output waveforms of the acoustic transducer 14R attached to the conductor 21 on the side facing the coil. (C) and (d) show the output waveform of the acoustic transducer 14L on the conductor 22 side fixed to the conductor 21 with bolts and nuts. (A) and (c) are output waveforms measured by passing a BP (bandpass filter: passband 20 kHz to 500 kHz) and cutting a frequency component of 20 kHz or less, and (b) and (d). Is an output waveform with all frequency components up to 500 kHz.
As can be seen from the figure, when the signal is loose, the output waveform of the acoustic transducer 14L has a smaller amplitude than the output waveform of the acoustic transducer 14R.
Thus, if the method of this invention is used, the tightness of a fastener can be diagnosed and measured.
Further, the present method can be used in the same manner for detecting cracks in honeycomb structures used for bridges and the like and for determining whether or not the welded portion is welded.
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。
図26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。
Next, a method for measuring the position of the conductor embedded in the non-conductor of the present invention will be described.
FIG. 26 is a diagram showing a method for measuring the position of a conductor embedded in a non-conductor of the present invention, and FIG. 26 (a) is a water supply that is a conductor embedded in soil 31 that is a non-conductor. It is the figure which looked at the state which attached the acoustic transducer 14 to the exposed part 33 of the pipe | tube 32, and has arrange | positioned the coil 12 on the surface 34 of the soil 31, from the side, (b) is the figure seen from right above.
When a magnetic field pulse is applied by the coil 12, an eddy current is induced on the surface of the water pipe 32, and the water pipe 32 is excited by an interaction force between the magnetic field of the eddy current and the magnetic field of the magnetic field pulse. Sound generated when the water pipe 32 is excited is transmitted to the exposed portion 33 of the water pipe 32 and detected by the acoustic transducer 14. The intensity of the acoustic signal is greatest when the coil 12 is disposed directly above the water pipe 32. The buried position of the water pipe 32 can be measured by changing the position where the coil 12 is arranged and searching for a position where the intensity of the acoustic signal is the highest.
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。
図27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。
Next, Example 10 is shown.
Example 10 shows that the position of the conductor embedded in the non-conductor can be measured by the method of measuring the position of the conductor embedded in the non-conductor of the present invention.
FIG. 27 is a diagram showing the results of measuring the position of a water pipe embedded in the soil, where (a) shows the case where the coil is directly above the water pipe, and (b) shows the water pipe on the surface of the soil. (C) shows the acoustic signal waveform when it is 180 mm away from the position directly above the water pipe on the soil surface.
As can be seen from the figure, the acoustic signal intensity is greatest when the coil is directly above, and the acoustic signal intensity decreases as the position of the coil moves away from directly above. In this way, if the position of the coil is changed to find the position where the acoustic signal becomes the largest, it can be seen that there is a pipe immediately below.
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。
図28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、長尺鉄筋コンクリート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。
Next, a method for measuring the presence / absence of breakage of the conductor embedded in the non-conductor of the present invention and the position of the line break will be described.
FIG. 28 is a diagram showing a method for diagnosing presence / absence of rupture of a conductor embedded in a non-conductor of the present invention and measuring a rupture position.
The acoustic transducer 14 is attached to the exposed portion 43 of the rebar 42 embedded in the long reinforced concrete 41 that is prestressed concrete, the coil 12 is attached to the surface of the long reinforced concrete 41, and a magnetic field pulse is applied from the coil 12 Thus, an eddy current is induced on the surface of the reinforcing bar, and the reinforcing bar 42 is excited by the interaction force between the magnetic field and the magnetic field pulse caused by the eddy current. The sound generated when the reinforcing bar 42 is excited is transmitted through the reinforcing bar 42 and detected by the acoustic transducer 14 attached to the exposed portion 43 of the reinforcing bar 42. If the reinforcing bar 42 is torn halfway 44, the intensity of the detected acoustic signal is small, and the presence or absence of tearing can be diagnosed. Moreover, if the position of the coil 12 is changed on the surface of the long reinforced concrete 41 and measured, the tearing position 44 can be measured from the position where the presence or absence of an acoustic signal occurs.
Thus, according to the present invention, it is possible to diagnose the presence or absence of a rupture of a reinforcing bar and to measure the rupture position.
The present invention has been described with reference to exemplary embodiments, and various modifications, omissions, and additions in the embodiments can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments, but should be understood as including the scope defined by the elements recited in the claims and the scope of the scope.
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。
As understood from the above description, according to the present invention, in a structure composed of a conductor and a non-conductor covering the conductor, the conductor can be directly and strongly excited by a pulse electromagnetic force. Reinforcement of reinforced concrete rebars can be used to obtain extremely large acoustic signals that reflect the corrosion and adhesion of the rebars. The position of the reinforcing bars, corrosion, adhesion, rust, as well as the state of concrete peeling and cracking, etc. Regardless of the thickness of concrete and the degree of deterioration, non-destructive and reliable diagnosis and measurement can be performed.
Therefore, for example, diagnosis and measurement of reinforced concrete structures such as tunnels, bridges, buildings, retaining walls, dams, civil engineering buildings, etc. are extremely easy and reliable, and maintenance and management of reinforced concrete structures can be performed reliably.
Furthermore, according to the diagnosis / measurement method using pulsed electromagnetic force of the present invention, the measurement of the depth and diameter of the reinforcing bar, the measurement of the tightening degree of bolts and nuts, the water pipes and gas pipes buried in the ground, etc. Diagnosis and measurement such as measurement of position and rupture of reinforcing bars can be performed easily and reliably.
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、図1(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、図1(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。FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an acoustic diagnosis / measurement apparatus and diagnosis / measurement method using pulsed electromagnetic force according to the present invention. FIG. 1 (a) shows a case where an acoustic transducer is attached to a concrete surface for measurement. (B) shows the case where it measures by attaching an acoustic transducer to the exposed reinforcing bar. 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。It is a figure which shows the shape of the test reinforced concrete used in Example 1, and a measurement system, (a) is a top view, (b) is a side view. 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。It is a figure which shows the acoustic waveform of a normal test block and a crack test block, (a) is an acoustic waveform of a normal block, (b) is an acoustic waveform of a crack block. 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。It is a figure which shows the structure of the acoustic diagnosis and measurement apparatus by the pulse electromagnetic force of this invention. 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。It is a figure which shows the surface shape of the reinforced concrete used for the present Example, and the preparation method of reinforced concrete. (A) is a reinforced concrete surface shape, (b) is an outer frame for producing reinforced concrete, and (c) is a diagram showing the appearance of reinforced concrete. 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。It is a figure which shows the measurement result of the propagation delay time of the sound by the difference in the distance from the sound source in reinforced concrete. 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。It is the figure which measured the sound speed in concrete from the measurement of various distance from a sound source, and propagation delay time. 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。It is a figure which shows the structure of a coil and a power supply part, (a) shows the example of a conventional structure, (b) shows the structure of this invention. 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。It is a figure which shows the example of a measurement of the electric current pulse waveform by the coil of this invention and a power supply part, and the acoustic signal generated by it, (a) is based on the conventional structure, (b) shows what is based on the structure of this invention. . 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。The output waveforms from the acoustic transducers of the test blocks (A), (B), and (C) are displayed in (a), (b), and (c), respectively, as waveforms in the time domain by this measurement unit. is there. 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。Each of the test blocks (A), (B), and (C) has an output waveform measured by directly attaching an acoustic transducer to a reinforcing bar as a time domain waveform in this measurement unit, and (a), (b), ( It is the figure respectively displayed on c). 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。It is the figure which compared the waveform rate SF and the crest factor CF of test block (A), (B), (C). 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。It is a figure which shows each envelope (a) of a test block (A), (B), (C), and a reciprocal logarithm envelope (b). 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。It is a figure which shows the time-domain waveform (a) of a test block (A), the normalized waveform (b), and the square waveform (c) of the normalized waveform. 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。It is a figure which shows the 3rd power waveform (a) of the normalized waveform of a test block (A), and the 4th power waveform (b) of the normalized waveform. 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。It is a figure which shows the time-domain waveform (a) of a test block (B), the normalized waveform (b), and the square waveform (c) of the normalized waveform. 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。It is a figure which shows the 3rd power waveform (a) of the normalized waveform of a test block (B), and the 4th power waveform (b) of the normalized waveform. 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。It is a figure which shows the time-domain waveform (a) of a test block (C), the normalized waveform (b), and the square waveform (c) of the normalized waveform. 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。It is a figure which shows the 3rd power waveform (a) of the normalized waveform of a test block (C), and the 4th power waveform (b) of the normalized waveform. 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。It is a figure which shows the waveform of the frequency domain calculated | required from the waveform of the time domain of test block (A), (B), (C) calculated | required in Example 3, (a) is (b) of test block (A). ) Shows the waveform in the frequency domain of the test block (B), and (c) shows the waveform in the frequency domain of the test block (C). 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。It is a figure which shows the waveform of the frequency domain calculated | required from the waveform of the time domain of the test block (A), (B), (C) calculated | required in Example 4, (a) is (b) of a test block (A). ) Is a diagram showing the waveform of the test block (B), and (c) is a diagram showing the frequency domain waveform of the test block (C). 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。It is a figure which shows the method of a rebar diameter or the cover depth of this invention, and a measurement example, (a) is a measuring method, (b) is a figure which shows a measurement result. 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。It is a figure which shows the method of diagnosing and measuring the fastening condition of the fastener of this invention, (a) sees the state which clamped and fixed the conductor 21 and the conductor 22 via the volt | bolt 22 and the nut 23 from the side. (B) is a view as seen from directly above. 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。It is a figure which shows the measurement result when the volt | bolt nut is tightened firmly, (a) And (b) shows the output waveform of the acoustic transducer 14R attached to the conductor 21 on the side facing the coil. c) and (d) show output waveforms of the acoustic transducer 14L on the conductor 22 side, which is fastened and fixed to the conductor 21 with bolts and nuts. 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。It is a figure which shows the measurement result in the state where the volt | bolt nut is loosened, (a) And (b) shows the output waveform of the acoustic transducer 14R attached to the conductor 21 on the side facing the coil. ) And (d) show output waveforms of the acoustic transducer 14L on the conductor 22 side fixed to the conductor 21 with bolts and nuts. 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。It is a figure which shows the method to measure the position of the conductor embedded in the nonconductor of this invention, (a) is the exposed part of the water pipe 32 which is the conductor buried in the soil 31 which is a nonconductor 33 is a view of the state where the acoustic transducer 14 is attached to 33 and the coil 12 is disposed on the surface 34 of the soil 31 as viewed from the side, and (b) is a view as viewed from directly above. 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。It is a figure which shows the result of having measured the position of the water pipe embedded in the soil, (a) is right above the water pipe on the surface of the soil when (a) is right above the water pipe and (b) is the water pipe. When it is 60 mm away from the position, (c) shows the acoustic signal waveform when it is 180 mm away from the position just above the water pipe on the surface of the soil. 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。It is a figure which shows the method of diagnosing the presence or absence of the tearing of the conductor embedded in the nonconductor of this invention, and measuring a tearing position.
符号の説明Explanation of symbols
10 パルス電磁力による音響診断・測定装置
11,41 鉄筋コンクリート
11a,42 鉄筋
11b コンクリート
12 コイル
13 電源部
14 音響変換器
15 計測部
16 電源ケーブル
17 信号ケーブル
20 パルス電磁力による音響位置探査装置
21,22 導電体
23 ボルト
24 ナット
31 土
32 水道管
33 水道管の露出部分
34 土の表面
43 鉄筋の露出部分
44 断裂位置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Acoustic diagnostic / measurement apparatus by pulse electromagnetic force 11, 41 Reinforced concrete 11a, 42 Reinforcing bar 11b Concrete 12 Coil 13 Power supply unit 14 Acoustic transducer 15 Measurement unit 16 Power cable 17 Signal cable 20 Acoustic position exploration device 21 by pulse electromagnetic force Conductor 23 Bolt 24 Nut 31 Soil 32 Water pipe 33 Exposed portion of water pipe 34 Surface of soil 43 Exposed portion of reinforcing bar 44 Rupture position

Claims (7)

  1. 締め具を介して互いに結合された導電体の結合部の直上に配置するコイルと、該コイルに電流パルスを供給して磁場パルスを発生させる電源部と、該磁場パルスによって上記導電体表面に発生する振動を電気信号に変換する、上記コイルに面する側の上記導電体に取り付ける変換器と上記他の導電体に取り付ける変換器と、上記変換器の出力波形を比較する計測部とよりなり、上記締め具の締め具合を診断・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・装置。   A coil disposed immediately above a coupling portion of conductors coupled to each other via a fastener, a power source section that supplies a current pulse to the coil to generate a magnetic field pulse, and is generated on the surface of the conductor by the magnetic field pulse. A converter for attaching to the conductor on the side facing the coil, a converter for attaching to the other conductor, and a measurement unit for comparing the output waveform of the converter, An acoustic diagnosis / apparatus using pulsed electromagnetic force characterized by diagnosing / measuring the degree of tightening of the fastener.
  2. 前記変換器は、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、マイクロホン、又は前記導電体表面の振動を光学的変位として測定する変位検出器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。   2. The acoustic by pulse electromagnetic force according to claim 1, wherein the transducer is an acoustic emission sensor, an acceleration sensor, a microphone, or a displacement detector that measures vibration of the conductor surface as an optical displacement. Diagnostic / measuring device.
  3. 前記光学的変位として測定する変位検出器は、コヒーレントなレーザー光を前記導電体の表面に照射し、反射光の有する導電体表面の振動に依存した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2に記載のパルス電磁力による音響診断・測定装置。   The displacement detector that measures the optical displacement is a laser interferometer that irradiates the surface of the conductor with a coherent laser beam and detects a phase difference depending on the vibration of the conductor surface of reflected light as an interference fringe. The acoustic diagnosis / measurement device using pulsed electromagnetic force according to claim 2, wherein the device is provided.
  4. 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1〜3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。   The coil is composed of a plurality of coils, the plurality of coils are configured by aligning and closely contacting the axes of the coils, and the power supply unit includes a storage capacitor connected in series to each of the plurality of coils, the coil and the capacitor A plurality of series circuits composed of a power source connected in parallel via a common switch, wherein the common switch is turned on to apply a current pulse to the coil to generate a magnetic field pulse, The acoustic diagnostic / measurement apparatus by the pulse electromagnetic force in any one of Claims 1-3.
  5. 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1〜4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。   The acoustic diagnosis / measurement apparatus using pulsed electromagnetic force according to claim 1, wherein a magnet for generating a static magnetic field is added to the coil.
  6. 締め具を介して互いに結合された複数の導電体の結合部の直上にコイルを配置し、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コイルに面する側の導電体に渦電流を誘起し、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して振動させ、上記コイルに面する側の導電体に取り付けた該振動を電気信号に変換する変換器と、該導電体以外の他の導電体に取り付けた該変換器とにより電気信号に変換し、該コイルに面する側の導電体に取り付けた変換器による電気信号の波形と上記他の導電体に取り付けた変換器による電気信号の波形とを比較し、上記締め具の締め具合を診断・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。   A coil is disposed immediately above a coupling portion of a plurality of conductors coupled to each other via a fastener, and a current pulse is applied to the coil to generate a magnetic field pulse. An eddy current is induced in the conductor, the conductor is excited and vibrated by the interaction force between the eddy current and the magnetic field pulse, and the vibration attached to the conductor facing the coil is converted into an electric signal. The electrical signal is converted into an electrical signal by the converter to be converted and the converter attached to another conductor other than the conductor, and the waveform of the electrical signal by the converter attached to the conductor on the side facing the coil An acoustic diagnosis / measurement method using a pulsed electromagnetic force, characterized by comparing a waveform of an electric signal from a transducer attached to another conductor and diagnosing / measuring the tightness of the fastener.
  7. 前記締め具は、ボルト及びナットであることを特徴とする、請求項6に記載のパルス電磁力による音響診断・測定方法。   The acoustic diagnosis / measurement method using pulsed electromagnetic force according to claim 6, wherein the fastener is a bolt and a nut.
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