JP6552693B2 - Arrangement method of detection device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、検出装置の配置方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a detection device arrangement method .
例えば橋梁のような構造物の溶接部には、構造物の長期共用に伴い、疲労亀裂が生じることが知られている。
ここで、構造物の劣化を検出する種々の検出方法がこれまでにも提案されている。しかしながら、これら検出方法は、構造物の設置高さや状態などに関して種々の制約があり、構造物に生じる亀裂を簡便に検出することができない場合があった。
For example, it is known that a fatigue crack is generated in a welded portion of a structure such as a bridge as the structure is used for a long time.
Here, various detection methods for detecting deterioration of a structure have been proposed. However, these detection methods have various limitations with respect to the installation height and state of the structure, etc., and there have been cases in which a crack generated in the structure can not be easily detected.
本発明が解決しようとする課題は、構造物に生じる亀裂を簡便に検出することができる検出装置の配置方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide is to provide a method for arranging the detection device that can be easily detected cracks occurring in the structure.
実施形態の検出装置の配置方法は、車両が走行する走行面を下方から支持する部材と、前記部材に対して前記走行面とは反対側に設けられたトラフリブと、前記トラフリブの前記部材に面する端部に沿って設けられ、前記部材と前記トラフリブとを固定した溶接部とからなる構造物に対する検出装置の配置方法であって、複数のアコースティック・エミッション（ＡＥ）センサを、前記溶接部が延びた方向に互いに離間して、前記トラフリブに取り付け、前記複数のＡＥセンサに含まれる隣り合う２つのＡＥセンサを結ぶ直線の延長線と、前記溶接部が延びた方向に沿う基準線との間の角度をθとすると、−２０度＜θ＜２０度の関係が満たされる。 Method of arranging the detecting apparatus of the embodiment includes a part member you support the running surface on which the vehicle travels from below, and Torafuribu provided on the opposite side to the running surface to the front SL member, said Torafuribu provided along the end facing the front SL member, a method of arranging the detector for the previous SL member to consist of said Torafuribu and fixed weld structures, a plurality of acoustic emission (AE ) Sensors are attached to the trough ribs, separated from each other in the direction in which the welds extend, and a linear extension line connecting two adjacent AE sensors included in the plurality of AE sensors, and the welds extend. When the angle between the reference line along the direction is θ, the relationship of −20 degrees <θ <20 degrees is satisfied.
以下、実施形態の検出装置、検出システム、および検出方法を、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。 Hereinafter, a detection device, a detection system, and a detection method according to embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, components having the same or similar functions are denoted by the same reference numerals. And duplicate explanation of those composition may be omitted.
図１から図１５を参照して、ひとつの実施形態について説明する。
本実施形態の検出システム１、検出装置２、および検出方法は、構造物の状態を検出するものである。なお本願で言う「構造物の状態」とは、劣化の状態や亀裂の状態などを含む広い意味で用いる。すなわち、本願で言う「構造物の状態を検出する」とは、劣化の有無、劣化の程度、亀裂の有無、亀裂の位置、亀裂の程度などの少なくともひとつを検出することを意味する。ここではまず、本実施形態の検出システム１、検出装置２、および検出方法が適用される構造物の一例について説明する。
One embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 15.
The
図１は、橋梁構造物１０の一例を示す断面図である。
橋梁構造物１０は、本実施形態の検出システム１、検出装置２、および検出方法が適用される「構造物」の一例である。なお本願で言う「橋梁」とは、河川や渓谷などの上に架設される構造物に限らず、地面よりも上方に設けられる種々の構造物（例えば高速道路の高架橋）などを広く含む。また、本実施形態の検出システム１、検出装置２、および検出方法が適用可能な構造物は、橋梁に限定されるものではなく、亀裂の発生または進展に伴い弾性波が発生する構造物であればよい。すなわち、本実施形態の検出システム１、検出装置２、および検出方法は、例えば道路とは関係のない構造物に適用されてもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a
The
図１に示すように、橋梁構造物１０は、主桁１１と、鋼床版１２とを備える。
主桁１１は、地面の上に設けられ、略鉛直方向に起立している。
鋼床版１２は、主桁１１の上に設置されて、車両Ｖが走行する走行面ＴＳを形成している。鋼床版１２は、主桁１１によって下方から支持され、地面よりも高い位置に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
The
The
図２は、鋼床版１２を示す断面斜視図である。
図２に示すように、鋼床版１２は、デッキプレート２１、舗装部２２、トラフリブ（縦リブ）２３、および横リブ２４（図３参照）を備える。
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing the
As shown in FIG. 2, the
デッキプレート２１は、車両Ｖが走行する走行面ＴＳの下方に広がり、走行面ＴＳを下方から支持する。デッキプレート２１は、「第１部材」の一例である。例えば、デッキプレート２１は、走行面ＴＳと略平行に広がる金属製の板部材である。
The
舗装部（舗装部材）２２は、デッキプレート２１の上面に設けられている。舗装部２２は、例えばアスファルトなどで形成されている。舗装部２２の上面は、車両Ｖが走行する走行面ＴＳを形成している。なお、本願で言う「（第１部材が）走行面を下方から支持する」とは、例えば、走行面ＴＳを形成した部材（例えば舗装部２２）を第１部材が下方から支持する意味を含む。
The paving portion (paving member) 22 is provided on the upper surface of the
図３は、鋼床版１２を斜め下方から見た断面斜視図である。
図３に示すように、トラフリブ２３は、デッキプレート２１の下方に設けられている。すなわち、トラフリブ２３は、デッキプレート２１に対して、走行面ＴＳとは反対側に設けられている。トラフリブ２３は、「第２部材」の一例である。トラフリブ２３は、デッキプレート２１を補強する補強部材である。例えば、トラフリブ２３は、Ｕ字形の断面形状を有した金属製のリブ（Ｕリブ）である。トラフリブ２３は、デッキプレート２１の下面に取り付けられ、橋軸方向ＢＤに沿って延びている。なお「橋軸方向」とは、橋梁構造物１０が延びた方向であり、例えば橋梁構造物１０を走る車両Ｖの走行方向に沿う方向である。
FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of the
As shown in FIG. 3, the
詳しく述べると、トラフリブ２３は、起立部２６Ａ，２６Ｂと、水平部２７とを含む。
一対の起立部２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ走行面ＴＳとは交差する方向に沿う板部であり、走行面ＴＳから離れる方向に延びている。例えば、一対の起立部２６Ａ，２６Ｂは、走行面ＴＳから離れるに従い、該起立部２６Ａ，２６Ｂの間の間隔が徐々に狭くなるように互いに傾いている。例えば、起立部２６Ａ，２６Ｂの各々の厚さ（板厚）は、デッキプレート２１の厚さ（板厚）よりも薄い。また、起立部２６Ａ，２６Ｂの各々の厚さ（板厚）は、例えば橋軸方向ＢＤに略一定である。
Specifically, the
The pair of
水平部２７は、走行面ＴＳと略平行な板部である。水平部２７は、一対の起立部２６Ａ，２６Ｂの下端部の間に設けられ、起立部２６Ａ，２６Ｂの下端部同士を接続している。トラフリブ２３は、起立部２６Ａ，２６Ｂと水平部２７とが接続されることで、Ｕ字状に形成されている。
The
一方で、横リブ２４は、橋軸方向ＢＤとは交差する（例えば略直交する）方向に沿う金属製の板部材である。横リブ２４は、トラフリブ２３が通される切欠き２４ａを有する。例えば、横リブ２４は、デッキプレート２１の下面およびトラフリブ２３の起立部２６Ａ，２６Ｂの側面に固定されている。
On the other hand, the
次に、鋼床版１２に設けられる溶接部２８について説明する。
図３に示すように、鋼床版１２は、デッキプレート２１とトラフリブ２３との間に溶接部２８を有する。詳しく述べると、トラフリブ２３の起立部２６Ａ，２６Ｂの各々は、デッキプレート２１に面する端部（上端部）２６ｅを有する。溶接部２８は、トラフリブ２３の起立部２６Ａ，２６Ｂの端部２６ａに沿って設けられている。溶接部２８は、トラフリブ２３が延びた方向に沿って、橋軸方向ＢＤに延びている。溶接部２８は、デッキプレート２１の下面とトラフリブ２３の起立部２６Ａ，２６Ｂの端部２６ｅとを固定（接合）している。
Next, the
As shown in FIG. 3, the
図４は、鋼床版１２の溶接部２８とその周囲を示す。なお説明の便宜上、図４では断面部分に施すハッチングを省略している。
図４に示すように、トラフリブ２３の起立部２６Ａ，２６Ｂの端部２６ｅは、傾斜部（傾斜面、ルート面）２６ｉを含む。傾斜部２６ｉは、起立部２６Ａ，２６Ｂの端部２６ｅにおいて、一対の起立部２６Ａ，２６Ｂの外側部分に設けられている。傾斜部２６ｉは、一対の起立部２６Ａ，２６Ｂの外側に進むに従いデッキプレート２１の下面から離れる方向に傾いている。このため、デッキプレート２１の下面と、起立部２６Ａ，２６Ｂの傾斜部２６ｉとの間には、溶接部２８が入り込む隙間が形成される。溶接部２８の少なくとも一部は、デッキプレート２１の下面と、起立部２６Ａ，２６Ｂの傾斜部２６ｉとの間に設けられている。
FIG. 4 shows the welded
As shown in FIG. 4, the
ここで、上記溶接部２８には、橋梁構造物１０の長期共用に伴い、疲労亀裂Ｃ（以下、単に亀裂Ｃと言う。）が生じる可能性がある。この亀裂Ｃには、大きく分けて２つのパターンがある。図４中の（ａ）に示すように、第１のパターンの亀裂Ｃは、溶接部２８のルート（根元部分）２８ａから溶接ビードに向けて進展する亀裂（ビード貫通亀裂）である。一方で、図４中の（ｂ）に示すように、第２のパターンの亀裂Ｃは、溶接部２８のルート２８ａからデッキプレート２１に進展する亀裂（デッキプレート貫通亀裂）である。ここで、デッキプレート２１の上面は、舗装部２２によって覆われている。このため、デッキプレート２１に進展する亀裂Ｃは、目視での確認が特に困難である。
Here, fatigue cracks C (hereinafter simply referred to as cracks C) may occur in the welded
次に、本実施形態の検出システム１について説明する。
図５は、本実施形態の検出システム１のシステム構成を示すブロック図である。
図５に示すように、検出システム（劣化検出システム、劣化診断システム）１は、検出装置２、情報集約装置３、および情報処理装置４を含む。
Next, the
FIG. 5 is a block diagram showing a system configuration of the
As shown in FIG. 5, the detection system (deterioration detection system, deterioration diagnosis system) 1 includes a
まず、検出装置２について説明する。
検出装置２は、橋梁構造物１０に設置され、橋梁構造物１０に生じる弾性波を検出するアコースティック・エミッション（ＡＥ：Acoustic Emission）方式の検出装置である。なお、ＡＥとは、材料の疲労亀裂の発生、または疲労亀裂の進展に伴い材料の内部に弾性波が発生する現象である。ＡＥ方式の検出装置は、例えば、構造物の疲労亀裂の発生、または疲労亀裂の進展に伴い発生する弾性波を高感度センサによって検出し、検出された弾性波に基づき構造物の状態を検出する。
First, the
The
詳しく述べると、本実施形態の検出装置２は、第１のＡＥセンサ群３１、第２のＡＥセンサ群３２、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）３３、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）３４、信号処理部３５、および無線送信部３６を有する。
More specifically, the
図６は、第１および第２のＡＥセンサ群３１，３２の配置例を示す。なお、図６中の（ａ）は、鋼床版１２の平面図を示す。図６中の（ｂ）は、鋼床版１２の側面図を示す。図６中の（ｃ）は、鋼床版１２の断面図を示す。
FIG. 6 shows an arrangement example of the first and second
まず、第１のＡＥセンサ群３１について説明する。
図６に示すように、第１のＡＥセンサ群３１は、複数のＡＥセンサ４１を含む。なお、図６中に実線で示す第１のＡＥセンサ群３１は、例えばトラフリブ２３の一方の起立部２６Ａに設けられた溶接部２８の亀裂Ｃを検出するセンサ群である。なお、トラフリブ２３の他方の起立部２６Ｂに設けられた溶接部２８の亀裂Ｃを検出するセンサ群については後述する。また、図６は、第１のＡＥセンサ群３１に含まれる２つのＡＥセンサ４１を代表して示す。なお、第１のＡＥセンサ群３１は、例えば橋軸方向ＢＤに所定の間隔で配置された３つ以上のＡＥセンサ４１を含んでもよい。
First, the first
As shown in FIG. 6, the first
ここで、本実施形態に係るＡＥセンサ４１について説明する。
ＡＥセンサ４１は、圧電素子を有し、亀裂Ｃの発生部から伝わる弾性波（ＡＥ波）を検出し、電圧信号（ＡＥ信号）に変換して出力する。ＡＥ信号は、材料の破断が生じる前の兆候として検出される。このため、ＡＥ信号の発生頻度および信号強度は、材料の健全性を表す指標として有用である。例えば、ＡＥセンサ４１は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲に感度を有する圧電素子を有する。なお、ＡＥセンサ４１は、前記周波数範囲内に共振ピークを持つ共振型、および共振を抑えた広帯域型などのいずれでもよい。また、ＡＥセンサ４１は、プリアンプを内蔵したプリアンプ型でもよく、またはこれら以外のものでもよい。ＡＥセンサ４１の検出素子自体は、電圧出力型、抵抗変化型、および静電容量型のいずれでもよく、またはこれら以外のものでもよい。なお、後述する第２のＡＥセンサ群３２に含まれるＡＥセンサ４２も、センサの構成および機能は、第１のＡＥセンサ群３１のＡＥセンサ４１と同様である。
Here, the
The
図６に示すように、第１のＡＥセンサ群３１に含まれる複数のＡＥセンサ４１は、それぞれトラフリブ２３に取り付けられる。詳しく述べると、各ＡＥセンサ４１は、トラフリブ２３の起立部２６Ａの側面に取り付けられ、起立部２６Ａに接する。これにより、各ＡＥセンサ４１は、亀裂Ｃからトラフリブ２３の起立部２６Ａに伝わる弾性波を検出する。
As shown in FIG. 6, the plurality of
複数のＡＥセンサ４１は、橋軸方向ＢＤに互いに離間して配置される。すなわち、複数のＡＥセンサ４１は、溶接部２８の延びた方向に互いに離間して配置される。なお、複数のＡＥセンサ４１は、図６中の（ｂ）に示すように、例えば同じ高さに配置される。なお、複数のＡＥセンサ４１は、後述する図８に示すように、互いに異なる高さに配置されてもよい。また、ＡＥセンサ４１が取り付けられる場所は、トラフリブ２３の起立部２６Ａに限られない。例えば、ＡＥセンサ４１は、トラフリブ２３の水平部２７に取り付けられてもよい。
The plurality of
また、検出装置２は、トラフリブ２３の他方の起立部２６Ｂに設けられた溶接部２８の亀裂Ｃを検出する複数のＡＥセンサ４３を有してもよい。このＡＥセンサ４３は、図６中の（ｃ）に２点鎖線で示すように、例えば、トラフリブ２３の起立部２６Ｂの側面に取り付けられる。
In addition, the
次に、第２のＡＥセンサ群３２について説明する。
図６に示すように、第２のＡＥセンサ群３２は、複数のＡＥセンサ４２を含む。図６では、第２のＡＥセンサ群３２に含まれる４つのＡＥセンサ４２を代表して示す。なお、第２のＡＥセンサ群３２は、例えば橋軸方向ＢＤに所定の間隔で配置されたより多くのＡＥセンサ４２を含んでもよい。
Next, the second
As shown in FIG. 6, the second
図６に示すように、第２のＡＥセンサ群３２に含まれる複数のＡＥセンサ４２は、それぞれデッキプレート２１に取り付けられる。詳しく述べると、各ＡＥセンサ４２は、デッキプレート２１の下面に取り付けられ、デッキプレート２１に接する。これにより、各ＡＥセンサ４２は、亀裂Ｃからデッキプレート２１に伝わる弾性波を検出する。
As shown in FIG. 6, the plurality of
複数のＡＥセンサ４２は、橋軸方向ＢＤ、および橋軸方向ＢＤとは交差する（例えば略直交する）方向に互いに離間して配置される。すなわち、第２のＡＥセンサ群３２に含まれるいくつかのＡＥセンサ４２は、溶接部２８の延びた方向に互いに離間して配置される。また、第２のＡＥセンサ群３２に含まれるいくつかのＡＥセンサ４２は、橋軸方向ＢＤとは交差する（例えば略直交する）方向において、トラフリブ２３の両側に分かれて配置される。なお以下では、橋軸方向ＢＤとは交差する（例えば略直交する）方向を、単に「幅方向」と称する。
The plurality of
ここで、説明の便宜上、図６中に示されたＡＥセンサ４１，４２において、第１のＡＥセンサ群３１に含まれる２つのＡＥセンサ４１を、第１ＡＥセンサ４１Ａ、第２ＡＥセンサ４１Ｂと称する。また、第２のＡＥセンサ群３２に含まれる４つのＡＥセンサ４２を、第３ＡＥセンサ４２Ａ、第４ＡＥセンサ４２Ｂ、第５ＡＥセンサ４２Ｃ、第６ＡＥセンサ４２Ｄと称する。
Here, for convenience of explanation, in the
図７は、検出システム１の実際の検出結果の一例を示す。すなわち、図７は、図６の配置例において第１および第２のＡＥセンサ群３１，３２に含まれるＡＥセンサ４１，４２によって検出された信号を解析し、ＡＥ発生頻度の検出結果を表示したものである。なお、図７中の（ａ）は、第２のＡＥセンサ群３２（デッキプレート２１に取り付けられたＡＥセンサ４２）によるＡＥ発生頻度の検出結果を示す。図７中の（ａ）では、図中の色が濃くなるほど、ＡＥ発生頻度が多いことを示す。一方で、図７中の（ｂ）は、第１のＡＥセンサ群３１（トラフリブ２３に取り付けられたＡＥセンサ４１）によるＡＥ発生頻度の検出結果を示す。図７中の（ｂ）では、図中の棒グラフが高いほど、ＡＥ発生頻度が多いことを示す。
FIG. 7 shows an example of an actual detection result of the
上述したように、溶接部２８に亀裂Ｃが発生すると、弾性波が発生する。この弾性波は、亀裂Ｃからデッキプレート２１およびトラフリブ２３にそれぞれ伝播する。ここで、橋梁構造物１０には、走行面ＴＳを走行する車両Ｖからノイズが加わる場合がある。また、亀裂Ｃの進展方向や溶接の溶け込み状態の違いなどによって、弾性波がより強く伝播する方向が異なる場合がある。
ここで、本発明者らの研究によって、デッキプレート２１に取り付けられたＡＥセンサ４２では検出できない弾性波についても、トラフリブ２３にＡＥセンサ４１を設置することで、検出することができることが見出された。すなわち、図７に示すように、デッキプレート２１に取り付けられたＡＥセンサ４２では弾性波が検出されていない複数個所でも、トラフリブ２３に取り付けられたＡＥセンサ４１によって、亀裂Ｃに伴う弾性波を検出することができることが分かった。すなわち、トラフリブ２３にＡＥセンサ４１を設置すると、亀裂Ｃの検出精度を高めることができることが見出された。
As described above, when the crack C occurs in the welded
Here, according to the study of the present inventors, it has been found that elastic waves that can not be detected by the
次に、亀裂Ｃの位置を標定する方法について説明する。
本実施形態では、第１のＡＥセンサ群３１に含まれる互いに隣り合う２つのＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂの検出結果を用いて、亀裂Ｃの位置が標定される。なお本願で言う「標定する」とは、例えばセンサの検出結果に基づいて、対象物の位置などを求める（算出する、特定する）ことを意味する。
Next, a method for locating the crack C will be described.
In the present embodiment, the position of the crack C is determined using the detection results of two
図８は、亀裂Ｃの位置を標定する方法を概念的に示す側面図である。
図８に示すように、本実施形態では、弾性波の発生源位置（亀裂Ｃの位置）は、２つのＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂが弾性波を検出した時刻の時間差と、トラフリブ２３における弾性波の伝播速度と、溶接部２８の位置とに基づき、標定される。
FIG. 8 is a side view conceptually showing a method of determining the position of the crack C. As shown in FIG.
As shown in FIG. 8, in this embodiment, the elastic wave generation source position (the position of the crack C) is the time difference between the time when the two
詳しく述べると、図８中に示す破線の曲線は、２つのＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂを焦点とする双曲線５１である。すなわち、双曲線５１の線上に位置する各点では、双曲線５１に対する２つのＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂからの距離の差が一定である。言い換えると、トラフリブ２３における弾性波の伝播速度をｖとし、第１ＡＥセンサ４１Ａが弾性波を検出した時刻（ｔ１）と第２ＡＥセンサ４１Ｂが弾性波を検出した時刻（ｔ２）との間の時間差（ｔ１−ｔ２）をΔｔとすると、双曲線５１は、ｖ×Δｔが一定となる点を連ねた線である。なお本願で言う「センサが弾性波を検出した時刻」とは、「センサに弾性波が到達した時刻」と読み替えられてもよい。
Specifically, the dashed curve shown in FIG. 8 is a
ここで、亀裂Ｃは、溶接部２８に生じるものと見做すことができる。また、溶接部２８は、トラフリブ２３の端部２６ｅに沿って、直線状に設けられている。このため、図８に示すように、双曲線５１と溶接部２８との交点（交差部）５２は、１点のみが定まる。この双曲線５１と溶接部２８とが交わる交点５２を、弾性波の発生源位置（亀裂Ｃの位置）として標定することができる。これにより、溶接部２８から離れた場所にＡＥセンサ４１が設置されても、亀裂Ｃの位置を正確に標定することができる。
Here, the crack C can be considered to occur in the welded
ここで、材料中を伝わる弾性波の伝播速度ｖは、その材料（材質）の体積弾性率をκ（Ｐａ）、密度をρ０（ｋｇ／ｍ３）とすると、
また、３次元体の場合は、せん断弾性率をＧとすると、
これは、材料中を伝わる弾性波の伝播速度ｖは、その材料固有の物性値で決まることを意味する。このため、材料に対して弾性波の伝播速度ｖを予め計算しておき、ルックアップテーブルを用意しておくことができる。すなわち、亀裂Ｃの位置標定の計算において伝播速度ｖを選択する場合に、上記ルックアップテーブルを参照することで、材料に応じた伝播速度を適切に選択することができる。
Here, assuming that the bulk elastic modulus of the material (material) is κ (Pa) and the density is ρ 0 (kg / m 3 ), the propagation velocity v of the elastic wave propagating in the material is
In the case of a three-dimensional body, if the shear modulus is G, then
This means that the propagation velocity v of the elastic wave transmitted through the material is determined by the physical property value inherent to the material. For this reason, the propagation velocity v of the elastic wave can be calculated in advance for the material, and the look-up table can be prepared. That is, when the propagation velocity v is selected in the calculation of the location of the crack C, the propagation velocity according to the material can be appropriately selected by referring to the look-up table.
次に、ＡＥセンサ４１の配置位置と、亀裂Ｃの検出精度との関係を説明する。
ここで、本実施形態で検出すべき亀裂Ｃの大きさは、例えば最小で３ｍｍである。この３ｍｍという数値は、亀裂進展限界曲線から求めることができる。すなわち、亀裂の進展と応力の関係は、亀裂形状パラメータをａ［ｍｍ］、応力範囲をΔσ［ＭＰａ］、下限応力拡大係数範囲をΔＫｔｈ［ＭＰａ／ｍ0.5］、材料によって決まる補正係数をＦとすると、次の亀裂進展限界曲線で表すことができる。
Here, the size of the crack C to be detected in the present embodiment is, for example, 3 mm at the minimum. The value of 3 mm can be obtained from the crack growth limit curve. That is, the relationship between the crack growth and the stress is that the crack shape parameter is a [mm], the stress range is Δσ [MPa], the lower limit stress intensity factor range is ΔK th [MPa / m 0.5 ], and the correction coefficient determined by the material is F Then, it can be expressed by the following crack growth limit curve.
図９は、上記式（３）に基づく亀裂進展限界曲線を示す。
図９に示すように、亀裂Ｃの大きさと応力の関係が上記曲線以下であれば、亀裂Ｃは、進展しない。ここで、デッキプレート２１の下面において想定される最大の応力範囲は、３０ＭＰａである。このため、３ｍｍ未満の亀裂Ｃは、進展しないものと見做すことができる。言い換えると、３ｍｍ以上の亀裂Ｃを検出することができると、橋梁構造物１０の劣化の状況を精度良く検出することができる。
FIG. 9 shows a crack growth limit curve based on the above equation (3).
As shown in FIG. 9, if the relationship between the size of the crack C and the stress is equal to or less than the above-mentioned curve, the crack C does not progress. Here, the maximum stress range assumed on the lower surface of the
またここで、亀裂Ｃの大きさと標定位置のばらつきとの関係を説明する。
図１０は、亀裂Ｃの大きさと、弾性波の発生源の標定位置のばらつき（標定誤差）との関係を示す。なお、図１０中の（ａ）は、大きさが３ｍｍの亀裂Ｃの一例を示す。図１０中の（ｂ）は、弾性波の発生源の標定位置のばらつきの分布を示す。
Further, here, the relationship between the size of the crack C and the variation of the setting position will be described.
FIG. 10 shows the relationship between the size of the crack C and the variation (the positioning error) of the setting position of the generation source of the elastic wave. (A) in FIG. 10 shows an example of the crack C 3 mm in size. (B) in FIG. 10 shows the distribution of the variation in the setting position of the elastic wave generation source.
図１０中の（ａ）に示すように、亀裂Ｃから発生する弾性波は、亀裂Ｃがある程度大きい場合、亀裂Ｃの両端部ｅ１，ｅ２からそれぞれ発生する。ここで仮に、弾性波の発生源の標定位置のばらつきが３ｍｍよりも大きいと、亀裂Ｃの両端部ｅ１，ｅ２を含む範囲で標定位置がばらつくため、３ｍｍ以上の亀裂Ｃであるのか、３ｍｍ未満の亀裂Ｃであるのかの判定が困難になる場合がある。一方で、弾性波の発生源の標定位置のばらつきが３ｍｍよりも小さいと、亀裂Ｃの一方の端部ｅ１から放出される弾性波と、亀裂Ｃの他方の端部ｅ２から放出される弾性波とを区別して検出することができる。このため、弾性波の発生源の標定位置のばらつきが３ｍｍよりも小さいと、３ｍｍ以上の大きさの亀裂Ｃをより確実に発見することができる。 As shown to (a) in FIG. 10, the elastic wave which generate | occur | produces from the crack C is each generate | occur | produced from the both ends e1, e2 of the crack C, when the crack C is large to some extent. Here, temporarily, if the variation of the setting position of the generation source of elastic wave is larger than 3 mm, the setting position varies within a range including both ends e1 and e2 of the crack C, so it is a crack C of 3 mm or more or less than 3 mm It may be difficult to determine whether the crack C is present. On the other hand, when the dispersion of the measurement position of the elastic wave source is smaller than 3 mm, the elastic wave emitted from one end e1 of the crack C and the elastic wave emitted from the other end e2 of the crack C And can be detected separately. For this reason, when the variation in the measurement position of the generation source of the elastic wave is smaller than 3 mm, the crack C having a size of 3 mm or more can be detected more reliably.
次に、弾性波の発生源の標定位置のばらつきを３ｍｍよりも小さくするためのＡＥセンサ４１の配置位置について説明する。
ここで、再び図８を参照し、延長線Ｌ１、基準線Ｌ２、設定パラメータθを定義する。延長線Ｌ１は、隣り合う２つのＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂを通る直線を延長した線である。基準線Ｌ２は、溶接部２８が延びた方向に沿う線である。例えば、基準線Ｌ２は、第１ＡＥセンサ４１Ａを通り、溶接部２８と略平行（走行面ＴＳと略平行）な線である。設定パラメータθは、延長線Ｌ１と基準線Ｌ２との間の角度である。ここで、本発明者らは、設置パラメータθの違いによって、弾性波の発生源の標定位置のばらつきが変化することを見出した。
Next, the arrangement position of the
Here, referring to FIG. 8 again, the extension line L1, the reference line L2, and the setting parameter θ are defined. The extension line L1 is a line extending a straight line passing through the two
図１１は、設置パラメータθと標定位置のばらつきとの関係を示す。なお、図１１中の（ａ）は、設置パラメータθの変化による標定位置のばらつきの変化を概念的に示す。図１１中の（ｂ）は、設置パラメータθを変化させた場合の標定位置のばらつきの変化のシミュレーション結果である。 FIG. 11 shows the relationship between the installation parameter θ and the dispersion of the positioning position. In addition, (a) in FIG. 11 conceptually shows a change in variation in the orientation position due to a change in the installation parameter θ. (B) in FIG. 11 is a simulation result of a change in variation in the orientation position when the installation parameter θ is changed.
図１１中の（ａ）に示すように、設置パラメータθが変化すると、溶接部２８に対する双曲線５１の交差角度が変化する。このため、設置パラメータθが変化すると、弾性波の発生源位置の標定位置のばらつきが変化する。
As shown in (a) in FIG. 11, when the installation parameter θ changes, the crossing angle of the
図１１中の（ｂ）は、図６の配置例に基づいてモンテカルロシミュレーションを行い、設置パラメータθに対する弾性波の発生源の標定位置のばらつきを求めた結果である。なお、シミュレーション条件は、ｘ１を４００ｍｍ、ｙ１を１００ｍｍ、試行回数を３４０００回とした。また、弾性波の発生源位置は、ｘ＝０、ｘ＝１００、ｘ＝２００の３通りについて計算した。 (B) in FIG. 11 is the result of performing the Monte Carlo simulation based on the example of arrangement | positioning of FIG. 6, and calculating | requiring the dispersion | variation in the setting position of the generation source of the elastic wave with respect to installation parameter (theta). It should be noted that the simulation conditions were the x 1 400mm, the y 1 100mm, the number of attempts and 34000 times. In addition, the source position of the elastic wave was calculated for three cases of x = 0, x = 100, x = 200.
図１１中の（ｂ）に示すように、上記シミュレーションの結果、弾性波の発生源位置に関わらず、設置パラメータθが２０度よりも小さい場合に、弾性波の発生源の標定位置のばらつきが３ｍｍよりも小さくなることが見出された。すなわち、−２０度＜θ＜２０度の関係を満たすように２つのＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂが配置されると、弾性波の発生源の標定位置のばらつきを３ｍｍよりも小さくすることができる。
As shown in (b) in FIG. 11, as a result of the above simulation, when the installation parameter θ is smaller than 20 degrees regardless of the generation position of the elastic wave, variation in the positioning position of the generation source of the elastic wave It was found to be smaller than 3 mm. That is, when the two
以上を纏めると、−２０度＜θ＜２０度の関係を満たすように２つのＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂが配置されると、弾性波の発生源の標定位置のばらつきを３ｍｍよりも小さくすることができる。弾性波の発生源の標定位置のばらつきを３ｍｍよりも小さくすることができると、３ｍｍ以上の亀裂Ｃをより確実に検出することができる。３ｍｍ以上の亀裂Ｃをより確実に検出することができると、橋梁構造物１０の劣化の状況をより正確に検出することができる。
Summarizing the above, when the two
次に、再び図５を参照し、検出装置２のＢＰＦ３３、ＡＤＣ３４、信号処理部３５、および無線送信部３６について説明する。
Next, referring to FIG. 5 again, the
ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）３３は、第１および第２のＡＥセンサ群３１，３２と、ＡＤＣ３４との間に設けられる。第１および第２のＡＥセンサ群３１，３２のＡＥセンサ４１，４２から出力された電圧信号は、ＢＰＦ３３に入力され、信号帯域以外のノイズ成分が除去される。
The BPF (band pass filter) 33 is provided between the first and second
ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）３４は、ＢＰＦ３３と信号処理部３５との間に設けられる。ＢＰＦ３３を通った信号は、ＡＤＣ３４に入力される。ＡＤＣ３４に入力された信号は、離散化された波形データとして信号処理部３５に入力される。
An ADC (analog-digital converter) 34 is provided between the
信号処理部（信号処理回路）３５は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）によって形成されている。例えば不揮発性のＦＰＧＡによって信号処理部３５が形成されると、待機時の消費電力を抑えることができる。なお、信号処理部３５は、専用のＬＳＩによって形成されてもよい。
The signal processing unit (signal processing circuit) 35 is formed by, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array). For example, when the
図１２は、信号処理部３５のシステム構成を示すブロック図である。
図１２に示すように、信号処理部３５は、時間情報生成部６１、波形整形フィルタ６２、ゲート生成回路６３、特徴量抽出部６４、到達時刻決定部６５、送信データ生成部６６、および内部メモリ６７を備える。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a system configuration of the
As shown in FIG. 12, the
時間情報生成部６１は、水晶発振器などのクロック源からの信号に基づき、検出装置２の電源投入時からの累積の時刻情報を生成する。例えば、時間情報生成部６１は、クロックのエッジをカウントするカウンタを含み、カウンタのレジスタの値を時刻情報とする。
The time
詳しく述べると、カウンタのレジスタは、所定のビット長ｂを有する。所定のビット長ｂは、時刻分解能をｄｔ、測定継続時間をｙとすると、
すなわち、ビット長ｂは、時刻分解能ｄｔと、測定継続時間ｙとから決定される。
More specifically, the counter register has a predetermined bit length b. The predetermined bit length b has time resolution dt and measurement duration y.
That is, the bit length b is determined from the time resolution dt and the measurement duration y.
また、時刻分解能ｄｔは、橋梁構造物１０の材質（例えばトラフリブ２３の材質）に基づく弾性波の伝播速度をｖ、位置標定精度をｄｒとすると、
すなわち、時刻分解能ｄｔは、弾性波の伝播速度ｖと、位置標定精度ｄｒとから決定される。言い換えると、位置標定精度ｄｒに基づいてビット長ｂを決定することで、位置標定精度ｄｒを任意の範囲で設定することができ、必要かつ十分な位置標定を実現することができる。
In addition, assuming that the propagation speed of the elastic wave based on the material of the bridge structure 10 (for example, the material of the trough rib 23) is v and the positioning accuracy is dr, the time resolution dt is
That is, the time resolution dt is determined from the propagation velocity v of the elastic wave and the position location accuracy dr. In other words, by determining the bit length b based on the positioning accuracy dr, the positioning accuracy dr can be set in an arbitrary range, and necessary and sufficient positioning can be realized.
例えば、対象となる構造物が鉄製であるとすると、弾性波の伝播速度ｖ＝５９５０［ｍ／ｓ］となる。弾性波の発生源の位置標定精度を３ｍｍ、測定継続年数を１００年とすると、
ｄｔ＝０．５０［μｓｅｃ］となる。
これにより、ｂ≧５３ビットとなる。
For example, assuming that the target structure is made of iron, the propagation velocity of the elastic wave is v = 5950 [m / s]. Assuming that the positioning accuracy of the elastic wave source is 3 mm and the measurement duration is 100 years,
dt = 0.50 [μsec].
As a result, b ≧ 53 bits.
ここで、一般的な無線モジュールの送信パケットは、バイト（Ｂｙｔｅ）単位でデータ送信が行われる。このため、ビット長ｂは、上記式（４）を満たす８の倍数となる。すなわち、ビット長ｂ≧５６ビット＝７バイトとすることで、汎用の無線モジュールを使用することが可能となる。 Here, data transmission of a general wireless module transmission packet is performed in units of bytes. Therefore, the bit length b is a multiple of 8 that satisfies the above equation (4). That is, by setting bit length b ≧ 56 bits = 7 bytes, a general-purpose wireless module can be used.
波形整形フィルタ６２は、ＡＤＣ３４と、ゲート生成回路６３との間に設けられる。ＡＤＣ３４から信号処理部３５に入力された信号（波形データ）は、波形整形フィルタ６２に通される。波形整形フィルタ６２を通された信号は、ゲート生成回路６３および特徴量抽出部６４に入力される。
The
ゲート生成回路６３は、一連の持続波形を抽出する。ゲート生成回路６３は、例えばエンベロープ検出器とコンパレータとを含む。例えば、ゲート生成回路６３は、検出されたエンベロープが所定の閾値以上の場合に、Ｈ（Ｈｉｇｈ）となるゲート信号を出力する。一方で、ゲート生成回路６３は、検出されたエンベロープが前記閾値を下回る場合に、Ｌ（Ｌｏｗ）となるゲート信号を出力する。
The
特徴量抽出部６４は、「抽出部」の一例である。特徴量抽出部６４は、ゲート生成回路６３から出力されるゲート信号がＨの場合に、波形データを処理し、弾性波の波形形状の特徴量（波形形状を特徴付けるパラメータ）を抽出する。波形形状の特徴量は、「弾性波の特性に関する情報」の一例である。特徴量抽出部６４は、各弾性波において、例えば、信号の振幅、エネルギー、立ち上がり時間、持続時間、周波数、ゼロクロスカウント数などの少なくとも１つの値を、波形形状の特徴量として抽出する。なお本願で言う「ある内容（例えば弾性波の特性）に関する情報」とは、前記内容を直接に含む情報でもよく、または予め設定される演算処理または判定処理などが行われることで前記内容が抽出可能な情報でもよい。
The feature
図１３は、弾性波の特性に関するパラメータの具体例を示す。
図１３に示すように、「信号の振幅」は、例えば、弾性波のなかで最大振幅Ａの値である。「エネルギー」は、例えば、各時点において振幅を二乗したものを時間積分した値である。なお、「エネルギー」の定義は、上記例に限定されず、例えば波形の包絡線を用いて近似されたものでもよい。「立ち上がり時間」は、例えば、弾性波がゼロ値から予め設定される所定値を超えて立ち上がるまでの時間Ｔ１である。「持続時間」は、例えば、弾性波の立ち上がり開始から振幅が予め設定される値よりも小さくなるまでの時間Ｔ２である。「周波数」は、弾性波の周波数である。「ゼロクロスカウント数」は、例えば、ゼロ値を通る基準線ＢＬを弾性波が横切る回数である。
FIG. 13 shows a specific example of parameters relating to the characteristics of elastic waves.
As shown in FIG. 13, the “signal amplitude” is, for example, the value of the maximum amplitude A in the elastic wave. "Energy" is, for example, a value obtained by time-integrating the squared amplitude at each time point. In addition, the definition of "energy" is not limited to the said example, For example, it may be approximated using the envelope of a waveform. The “rise time” is, for example, a time T1 until the elastic wave rises from a zero value to a predetermined value which is set in advance. The "duration" is, for example, a time T2 from when the elastic wave starts to rise until the amplitude becomes smaller than a preset value. “Frequency” is the frequency of the elastic wave. The “zero cross count number” is, for example, the number of times the elastic wave crosses the reference line BL passing through the zero value.
特徴量抽出部６４は、各ＡＥセンサ４１，４２の検出結果に基づき、各ＡＥセンサ４１，４２における弾性波の波形形状の特徴量を抽出する。特徴量抽出部６４は、抽出された各ＡＥセンサ４１，４２における波形形状の特徴量に関する情報を、送信データ生成部６６に送る。
The feature
一方で、図１２に示すように、到達時刻決定部６５は、上記時間情報生成部６１から、時刻情報を受け取る。また、到達時刻決定部６５は、ゲート生成回路６３から、ＡＥ信号の有無を示すゲート信号を受け取る。そして、到達時刻決定部６５は、時間情報生成部６１から受け取る時刻情報と、ゲート生成回路６３から受け取る上記ゲート信号とに基づき、弾性波の到達時刻情報を生成する。例えば、到達時刻決定部６５は、ゲート信号の立ち上がりエッジが発生したときの時刻情報を弾性波の到達時刻とする。
到達時刻決定部６５は、各ＡＥセンサ４１，４２の検出結果に基づき、各ＡＥセンサ４１，４２に対する弾性波の到達時刻を算出する。到達時刻決定部６５は、算出された各ＡＥセンサ４１，４２に対する弾性波の到達時刻に関する情報を、送信データ生成部６６に送る。
On the other hand, as shown in FIG. 12, the arrival
The arrival
送信データ生成部６６は、特徴量抽出部６４から受け取る各ＡＥセンサ４１，４２における波形形状の特徴量に関する情報と、到達時刻決定部６５から受け取る各ＡＥセンサ４１，４２に対する弾性波の到達時刻に関する情報とを関連付けて（対応付けして）、送信するための一群のＡＥデータを生成する。生成されたＡＥデータは、内部メモリ６７に保存される。内部メモリ６７は、例えばデュアルポートＲＡＭである。なお、生成されたＡＥデータは、内部メモリ６７に保存されずに、直接に無線送信部３６（図５参照）に送られてもよい。
The transmission
次に、図５を参照し、無線送信部３６について説明する。
無線送信部（無線送信回路）３６は、例えば、アンテナと、高周波信号を生成する無線モジュールとを含む。無線送信部３６は、予め設定された所定のタイミングで、ＡＥデータを無線送信する。無線送信部３６は、「出力部」および「送信部」のそれぞれ一例である。無線送信部３６は、ＡＥセンサ４１，４２の出力から得られる情報を外部に出力する。なお、「ＡＥセンサの出力から得られる情報」とは、ＡＥセンサから出力される電圧信号そのものでもよく、または前記電圧信号に対して予め設定されたノイズ処理、演算処理または判定処理などが施されたものでもよい。また、後述する劣化検出部７２が検出装置２内に設けられる場合、無線送信部３６が出力する「ＡＥセンサの出力から得られる情報」とは、橋梁構造物１０の劣化の有無または劣化の程度に関する情報を含んでもよい。
Next, the
The wireless transmission unit (wireless transmission circuit) 36 includes, for example, an antenna and a wireless module that generates a high frequency signal. The
本実施形態では、無線送信部３６は、ＡＥセンサ４１，４２の出力から得られる情報として、各ＡＥセンサ４１，４２における弾性波の波形形状の特徴量に関する情報と、各ＡＥセンサ４１，４２に対する弾性波の到達時刻に関する情報とを関連付けて送信する。
In the present embodiment, the
次に、情報集約装置３と、情報処理装置４とについて説明する。
図５に示すように、情報集約装置３は、無線受信部（無線受信回路）７１を有する。無線受信部７１は、例えば、アンテナと、高周波信号を処理する無線モジュールとを含む。情報集約装置３は、１つの橋梁構造物１０に例えば１つ設けられる。また、無線受信部７１は、図示しないストレージＤＢを有する。無線受信部７１は、橋梁構造物１０に設置される１つ以上の検出装置２から上記ＡＥデータを受信し、受信したＡＥデータをストレージＤＢに保存する。
Next, the information aggregation device 3 and the
As shown in FIG. 5, the information aggregation device 3 has a wireless reception unit (wireless reception circuit) 71. The
情報処理装置４は、例えば、橋梁構造物１０を管理する団体の管理事務所に設置される電子機器（例えばサーバ）である。情報処理装置４は、劣化検出部７２を有する。劣化検出部７２の各機能部の全部または一部は、例えば、情報処理装置４のプロセッサ（例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)）によってプログラムが実行されることによって実現される。なおこれに代えて、劣化検出部７２の各機能部の全部または一部は、情報処理装置４に含まれるハードウェア（例えばＬＳＩ(Large Scale Integration)）によって形成されてもよい。
The
図１４は、劣化検出部７２のシステム構成を示すブロック図である。
図１４に示すように、劣化検出部７２は、位置標定部８１、閾値設定部８２、および劣化診断部８３を備える。
FIG. 14 is a block diagram showing a system configuration of the
As shown in FIG. 14, the
位置標定部８１は、「標定部」の一例であり、弾性波の発生源位置を標定する。詳しく述べると、位置標定部８１は、無線受信部７１のストレージＤＢ内のＡＥデータ群を、予め設定される所定のタイミングで読み込む。位置標定部８１は、各ＡＥセンサ４１，４２における弾性波の波形形状の特徴量に関する情報を比較することで、各ＡＥセンサ４１，４２が検出した弾性波が互いに同一であるか否かを判定する。すなわち、位置標定部８１は、各ＡＥセンサ４１，４２（例えばＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂ）で検出された弾性波の信号の振幅、エネルギー、立ち上がり時間、持続時間、周波数、ゼロクロスカウント数などの少なくとも１つ（例えば２つ以上）を比較することで、各ＡＥセンサ４１，４２（例えばＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂ）が検出した弾性波が同一であるか否かを判定する。
The
位置標定部８１は、複数のＡＥセンサ４１（または複数のＡＥセンサ４２）における弾性波の波形形状の特徴量の類似度（波形形状の類似度）が予め設定された所定の範囲内である場合に、複数のＡＥセンサ４１（または複数のＡＥセンサ４２）が検出した弾性波が同一の弾性波であると判定し、その弾性波の発生源位置を標定する。なお、弾性波の類似度の判定は、トラフリブ２３に取り付けられたＡＥセンサ４１と、デッキプレート２１に取り付けられたＡＥセンサ４２とでは別々に行われる。これは、トラフリブ２３の板厚とデッキプレート２１の板厚とが異なるため、ＡＥセンサ４１に入力される弾性波の波形形状と、ＡＥセンサ４２に入力される波形形状とが異なるためである。
When the
具体的には、位置標定部８１は、図８を参照して上述したように、例えば２つのＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂが弾性波を検出した時刻の時間差と、トラフリブ２３における弾性波の伝播速度と、溶接部２８の位置とに基づき、弾性波の発生源位置を標定する。すなわち、位置標定部８１は、図８における双曲線５１と溶接部２８との交点５２を、弾性波の発生源位置として標定する。
Specifically, as described above with reference to FIG. 8, for example, the
また、位置標定部８１は、位置標定に伴うノイズ処理を行う。位置標定部８１は、予め設定される所定のアルゴリズムに基づいてノイズを除去するノイズ除去部の一例である。例えば、位置標定部８１は、ノイズ処理の判定基準となる閾値を、閾値設定部８２から受け取る。閾値設定部８２に格納される閾値は、ユーザーによって変更可能である。位置標定部８１は、位置標定結果により、所定の閾値の範囲外から生じていると判定された弾性波をノイズと見做す。このようにノイズ除去においては、所定の閾値に基づき、ノイズであるか、意味のある信号であるかが判断される。このため、サーバ側でノイズ処理を行うことで、閾値条件を柔軟に変更することができる。すなわち、設置状況や測定対象物の条件、気候条件など、多くの条件を加味し、柔軟に閾値を設定することができる。これにより、ノイズをより効果的に除去することができる。
Further, the
劣化診断部８３は、位置標定部８１におけるノイズ処理を通過した情報に基づき、橋梁構造物１０の劣化の状況を判定する。劣化診断部８３は、「判定部」の一例である。劣化診断部８３は、弾性波の発生源位置に関する情報に基づき、橋梁構造物１０の劣化の有無または劣化の程度を検出する。例えば、劣化診断部８３は、位置標定部８１によって標定された弾性波の発生源位置の情報を蓄積することで得られる弾性波の発生源位置の密度に関する情報に基づき、橋梁構造物１０の劣化の有無または劣化の程度を判定する。例えば、劣化診断部８３は、弾性波の発生源の空間密度が予め設定される所定値以上となった場合に、劣化が存在すること（またはあるレベルの劣化度合いであることなど）を判定する。なお、劣化診断部８３は、上記例に限定されない。例えば、劣化診断部８３は、弾性波の発生頻度や弾性波の強度（例えば振幅やエネルギー）に基づき、橋梁構造物１０の劣化の有無や劣化の程度を判定するものでもよい。
The
次に、本実施形態の検出システム１を用いた検出方法（劣化検出方法、劣化診断方法）について説明する。
図１５は、本実施形態の検出方法の流れの一例を示すフローチャートである。
図１５に示すように、まず、橋梁構造物１０に設けられたＡＥセンサ４１，４２を用いて、亀裂Ｃの発生または亀裂Ｃの進展に伴う弾性波を検出する（ステップＳ１１）。本実施形態では、例えばトラフリブ２３に取り付けられたＡＥセンサ４１によって、亀裂Ｃからトラフリブ２３に伝わる弾性波を検出する。
Next, a detection method (deterioration detection method, deterioration diagnosis method) using the
FIG. 15 is a flowchart showing an example of the flow of the detection method of this embodiment.
As shown in FIG. 15, first, using the
次に、各ＡＥセンサ４１，４２の検出結果に基づき、各ＡＥセンサ４１，４２によって検出された弾性波の波形形状を特徴付ける特徴量（波形形状を特徴付けるパラメータ）を抽出する（ステップＳ１２）。また、各ＡＥセンサ４１，４２の検出結果に基づき、各ＡＥセンサ４１，４２に対する弾性波の到達時刻を算出する（ステップＳ１３）。なお、上記ステップＳ１２と上記ステップＳ１３とは、行われる順序が逆でもよく、または同時に行われてもよい。
Next, based on the detection results of the
次に、弾性波の発生源の位置標定が行われる（ステップＳ１４）。具体的には、弾性波の波形形状の特徴量に関する情報に基づき、例えばＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂによって検出された弾性波の類似度が比較される。そして、ＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂによって検出された弾性波の類似度が所定の範囲内である場合に、それら弾性波が同一の弾性波であると判定され、弾性波の発生源の位置標定が行われる。例えば、弾性波の発生源の位置標定は、２つのＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂが弾性波を検出した時刻の時間差と、トラフリブ２３における弾性波の伝播速度と、溶接部２８の位置とに基づき行われる。
Next, the position of the elastic wave generation source is determined (step S14). Specifically, based on the information on the feature amount of the waveform shape of the elastic wave, for example, the similarities of the elastic waves detected by the
次に、位置標定に伴うノイズ処理が行われる（ステップＳ１５）。具体的には、位置標定結果に基づき、弾性波が所定の閾値の範囲内から生じているか否かが判定される。弾性波が所定の閾値に範囲内から生じていると判定された場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、劣化の状況の判定へと進む。一方で、弾性波が所定の閾値に範囲外から生じていると判定された場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、ＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂによって検出された信号はノイズと見做され、劣化度の程度の判定は行われない。
Next, noise processing associated with position determination is performed (step S15). Specifically, based on the position location result, it is determined whether or not the elastic wave is generated from within a predetermined threshold range. If it is determined that the elastic wave is generated within the range of the predetermined threshold (YES in step S15), the process proceeds to the determination of the state of deterioration. On the other hand, when it is determined that the elastic wave is generated from the outside of the predetermined threshold (step S15: NO), the signals detected by the
次に、橋梁構造物１０の劣化の状況が判定される（ステップＳ１６）。例えば、劣化の状況は、弾性波の発生源位置の密度に関する情報に基づき判定される。これにより、橋梁構造物１０の劣化の有無または劣化の程度が検出される。
なお、上記各ステップの動作の詳細は、検出システム１の説明のなかで述べたとおりである。
Next, the state of deterioration of the
The details of the operation of each of the above steps are as described in the description of the
以上のような構成によれば、構造物に生じる亀裂Ｃを簡便に検出することができる検出システム１、検出装置２、および検出方法を提供することができる。
すなわち、例えば鋼床版では、デッキプレートとトラフリブとの溶接部に疲労亀裂が生じる場合がある。溶接部に疲労亀裂が生じると、道路の崩落などに繋がる可能性がある。このため、疲労亀裂を検知することは、インフラ構造物の維持管理上、重要である。
According to the configuration as described above, it is possible to provide the
That is, for example, in a steel deck, fatigue cracks may occur at the welded portion between the deck plate and the truffle. If fatigue cracks occur in the weld, it may lead to road collapse. For this reason, detecting fatigue cracks is important for the maintenance of infrastructure structures.
ここで比較例１として、超音波探傷法によって構造物に生じる亀裂を検出する検出方法について考える。このような検出方法では、実際に構造物の表面に探傷子を接触させ、スキャニングする必要があるため、作業者が構造物に近付く必要がある。このため、橋梁のような構造物に対して、足場を組む必要がある。このため、構造物の広範囲をくまなく調査することが困難な場合がある。 Here, as a comparative example 1, a detection method for detecting a crack generated in a structure by an ultrasonic flaw detection method will be considered. In such a detection method, it is necessary to bring a flaw detector into contact with the surface of a structure and scan it, so it is necessary for an operator to approach the structure. For this reason, it is necessary to set up a footing for a structure such as a bridge. For this reason, it may be difficult to investigate a wide range of structures throughout.
また比較例２として、亀裂に浸入して構造物の内部に溜まった滞水を赤外線で検出することで、間接的に亀裂を検出する検出方法について考える。このような検出方法では、直接的には滞水を検出しているため、亀裂からの雨水などの浸入がない場合には、亀裂を検出できない場合がある。 Further, as a comparative example 2, a detection method for indirectly detecting a crack by detecting the stagnant water that has entered the crack and accumulated inside the structure with infrared rays will be considered. In such a detection method, since water is detected directly, there is a case where the crack cannot be detected when there is no intrusion of rainwater or the like from the crack.
一方で、本実施形態の検出装置２は、車両Ｖが走行する走行面ＴＳを下方から支持するデッキプレート２１と、デッキプレート２１に対して走行面ＴＳとは反対側に設けられたトラフリブ２３と、トラフリブ２３のデッキプレート２１に面する端部２６ｅに沿って設けられ、デッキプレート２１とトラフリブ２３とを固定した溶接部２８とからなる橋梁構造物１０に設置される検出装置であって、複数のＡＥセンサ４１と、無線送信部３６とを持つ。複数のＡＥセンサ４１は、溶接部２８が延びた方向に互いに離間して配置され、それぞれトラフリブ２３に取り付けられてトラフリブ２３に伝わる弾性波を検出する。無線送信部３６は、複数のＡＥセンサ４１の出力から得られる情報を外部に出力する。
このような構成によれば、亀裂Ｃからトラフリブ２３に伝わる弾性波をＡＥセンサ４１によって検出することで、例えば目視での確認が困難な亀裂であっても、亀裂Ｃを検出することができる。また上記構成によれば、構造物の設置高さや状態（滞水があることなど）に制約されずに、亀裂Ｃを検出することができる。
On the other hand, the
According to such a configuration, by detecting the elastic wave transmitted from the crack C to the
ここで本実施形態では、複数のＡＥセンサ４１は、デッキプレート２１ではなく、トラフリブ２３に取り付けられている。また、図７を参照して上述したように、トラフリブ２３にＡＥセンサ４１を取り付けることで、デッキプレート２１に取り付けられたＡＥセンサ４２では検出できない亀裂Ｃも検出することができる。これにより、トラフリブ２３にＡＥセンサ４１を取り付けることで、亀裂Ｃをより精度良く検出することができる。
Here, in the present embodiment, the plurality of
なお、トラフリブ２３にＡＥセンサ４１を取り付けることで、デッキプレート２１に取り付けられたＡＥセンサ４２では検出できない亀裂Ｃを検出することができる理由のひとつは、次の通りと考えられる。すなわち、デッキプレート２１は、車両Ｖが走行する走行面ＴＳに比較的近い。このため、デッキプレート２１には、走行面ＴＳから種々の振動が入力されやすい。また、ＡＥセンサ４１，４２は、一般的に高感度であるため、走行面ＴＳから入力される振動を検出しやすい。このため、ＡＥセンサ４２からの出力信号には、弾性波を検出した信号と、走行面ＴＳから入力される振動を検出した信号とが混在する。その結果、ノイズ除去の過程で、弾性波を検出した信号がノイズと共に除去されてしまう可能性がある。
One of the reasons why the crack C which can not be detected by the
一方で、トラフリブ２３は、デッキプレート２１に比べて走行面ＴＳから遠くに配置されている。このため、走行面ＴＳからトラフリブ２３に入力される振動は限定的である。その結果、トラフリブ２３にＡＥセンサ４１を取り付けると、亀裂Ｃを精度良く検出することができるものと考えられる。
On the other hand, the
また本実施形態では、トラフリブ２３は、走行面ＴＳから離れる方向に沿う起立部２６Ａを含む。複数のＡＥセンサ４１は、トラフリブ２３の起立部２６Ａに取り付けられ、起立部２６Ａに伝わる弾性波を検出する。
このような構成によれば、ＡＥセンサ４１は、トラフリブ２３のなかでも、トラフリブ２３の端部２６ｅに比べて走行面ＴＳから遠くに配置されている。このため、走行面ＴＳからＡＥセンサ４１に入力されるノイズがさらに少なくなる。その結果、亀裂Ｃの検出精度をさらに高めることができる。
Further, in the present embodiment, the
According to such a configuration, the
本実施形態では、複数のＡＥセンサ４１に含まれる隣り合う２つのＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂを結ぶ直線の延長線Ｌ１と、溶接部２８が延びた方向に沿う基準線Ｌ２との間の角度をθとすると、−２０度＜θ＜２０度の関係が満たされる。
ここで、橋梁構造物１０のトラフリブ２３は、部分的に穴や突起などを有する場合がある。また、トラフリブ２３には、別のセンサが取り付けられる場合もある。このため、複数のＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂを同一の高さに配置することができない場合がある。
しかしながら、上記関係を満たすように複数のＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂを配置することで、亀裂Ｃをより精度良く標定することができる。これにより、橋梁構造物１０の劣化の状況をさらに精度良く検出することができる。
In the present embodiment, an angle between a linear extension line L1 connecting two
Here, the
However, by arranging the plurality of
本実施形態では、溶接部２８が延びた方向に互いに離間して配置され、それぞれデッキプレート２１に取り付けられてデッキプレート２１に伝わる弾性波を検出する複数のＡＥセンサ４２をさらに備える。無線送信部３６は、トラフリブ２３に取り付けられた複数のＡＥセンサ４１およびデッキプレート２１に取り付けられた複数のＡＥセンサ４２の出力から得られる情報を外部に出力する。
このような構成によれば、トラフリブ２３に取り付けられた複数のＡＥセンサ４１に加え、デッキプレート２１に取り付けられた複数のＡＥセンサ４２を併用することで、亀裂Ｃの検出精度をさらに高めることができる。また、図６中の（ａ）に示すように、橋梁構造物１０の幅方向においてトラフリブ２３の両側に分かれて複数のＡＥセンサ４２を配置することで、二次元平面における亀裂Ｃの位置を検出することができる。
In the present embodiment, the plurality of
According to such a configuration, the detection accuracy of the crack C can be further improved by using the plurality of
本実施形態では、検出装置２は、特徴量抽出部６４をさらに備える。特徴量抽出部６４は、例えば、ＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂの検出結果に基づき、ＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂにおける弾性波の特性に関する情報を抽出する。無線送信部３６は、特徴量抽出部６４が抽出したＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂにおける弾性波の特性に関する情報と、ＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂに対する弾性波の到達時刻に関する情報とを関連付けて出力する。
このような構成によれば、弾性波の特性に関する情報に基づき、ＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂが検出した弾性波が同一の弾性波であるか否かを高い精度で判定することができる。これにより、亀裂Ｃの検出の精度をさらに高めることができる。
In the present embodiment, the
According to such a configuration, it can be determined with high accuracy whether or not the elastic waves detected by the
本実施形態の検出システム１は、上記橋梁構造物１０の状態を検出する検出システムであって、複数のＡＥセンサ４１と、位置標定部８１とを備える。位置標定部８１は、複数のＡＥセンサ４１の出力から得られる情報に基づき、弾性波の発生源位置を標定する。
このような構成によれば、上述したように、亀裂Ｃからトラフリブ２３に伝わる弾性波をＡＥセンサ４１によって検出することで、例えば目視での確認が困難な亀裂であっても、構造物の設置高さや状態に制約されずに、亀裂Ｃを検出することができる。
The
According to such a configuration, as described above, the elastic wave propagating from the crack C to the
本実施形態では、複数のＡＥセンサ４１は、第１ＡＥセンサ４１Ａと、第２ＡＥセンサ４１Ｂとを含む。位置標定部８１は、第１ＡＥセンサ４１Ａと第２ＡＥセンサ４１Ｂとに対する弾性波の到達時刻の時間差と、トラフリブ２３における弾性波の伝播速度と、溶接部２８の位置とに基づき、弾性波の発生源位置を標定する。
このような構成によれば、実際の亀裂Ｃの位置から離れて配置されたＡＥセンサ４１Ａ，４１Ｂによっても、亀裂Ｃの位置を精度良く検出することができる。
In the present embodiment, the plurality of
According to such a configuration, the position of the crack C can be detected with high accuracy also by the
本実施形態では、位置標定部８１は、第１ＡＥセンサ４１Ａにおける弾性波の特性と、第２ＡＥセンサ４１Ｂにおける弾性波の特性との類似度が予め設定された範囲内にある場合に、第１ＡＥセンサ４１Ａが検出した弾性波と第２ＡＥセンサ４１Ｂが検出した弾性波とが同一の弾性波であると判定し、弾性波の発生源位置を標定する。
このような構成によれば、第１ＡＥセンサ４１Ａが検出した弾性波と、第２ＡＥセンサ４１Ｂが検出した弾性波とが同一の弾性波であるか否かを、より精度良く判定することができる。これにより、亀裂Ｃの検出精度をさらに高めることができる。
In the present embodiment, when the similarity between the characteristic of the elastic wave in the
According to such a configuration, it can be more accurately determined whether the elastic wave detected by the
本実施形態では、検出システム１は、劣化診断部８３をさらに備える。劣化診断部８３は、例えば、位置標定部８１によって標定された弾性波の発生源位置の情報を蓄積することで得られる弾性波の発生源位置の密度に関する情報に基づき、橋梁構造物１０の劣化の状況を判定する。なお本願で言う「劣化の状況を判定する」とは、劣化の有無および劣化の程度の少なくともいずれかを判定することを含む。
このような構成によれば、弾性波の発生源位置の密度に基づいて、橋梁構造物１０の劣化の状況を容易に、且つ、比較的高い精度で検出することができる。
In the present embodiment, the
According to such a configuration, it is possible to detect the state of deterioration of the
本実施形態の検出方法は、上記橋梁構造物１０の状況を検出する検出方法であって、溶接部２８が延びた方向に互いに離間した複数の位置でトラフリブ２３に伝わる弾性波を検出した検出結果に基づき、弾性波の発生源位置を標定する。なお本願で言う「検出結果」とは、ＡＥセンサから出力される電圧信号そのものでもよく、または前記電圧信号に対して予め設定されたノイズ処理、演算処理または判定処理などが施されたものでもよい。
このような構成によれば、上述したように、亀裂Ｃからトラフリブ２３に伝わる弾性波をＡＥセンサ４１によって検出することで、例えば目視での確認が困難な亀裂であっても、構造物の設置高さや状態に制約されずに、亀裂Ｃを検出することができる。
The detection method of the present embodiment is a detection method for detecting the state of the
According to such a configuration, as described above, the elastic wave propagating from the crack C to the
以上、ひとつの実施形態に係る検出システム１、検出装置２、および検出方法について説明した。ただし、検出システム１、検出装置２、および検出方法の構成は、上記実施形態に限定されない。例えば、検出装置２は、トラフリブ２３に取り付けられるＡＥセンサ４１のみを有し、デッキプレート２１に取り付けられるＡＥセンサ４２を有しなくてもよい。劣化検出部７２の位置標定部８１、閾値設定部８２、および劣化診断部８３の各々は、情報処理装置４のプロセッサ（例えばＣＰＵ）によってプログラムが実行されることによって実現されるソフトウェア機能部でもよく、ＬＳＩなどのハードウェア機能部であってもよい。また、検出装置２において、ＢＰＦ３３およびＡＤＣ３４は、信号処理部３５の一部として形成されてもよい。
The
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、検出装置は、車両が走行する走行面を下方から支持する第１部材と、前記第１部材に対して前記走行面とは反対側に設けられた第２部材と、前記第２部材の前記第１部材に面する端部に沿って設けられ、前記第１部材と前記第２部材とを固定した溶接部とからなる構造物に設置される検出装置であって、複数のＡＥセンサと、出力部とを持つ。前記複数のＡＥセンサは、前記溶接部が延びた方向に互いに離間して配置され、それぞれ前記第２部材に取り付けられて前記第２部材に伝わる弾性波を検出する。前記出力部は、前記複数のＡＥセンサの出力から得られる情報を出力する。このような構成によれば、構造物に生じる亀裂を簡便に検出することができる。 According to at least one embodiment described above, the detection device is provided on a side opposite to the traveling surface with respect to the first member that supports the traveling surface on which the vehicle travels from below, and the first member. Detection installed in a structure comprising a second member and an end of the second member facing the first member, the welded portion fixing the first member and the second member. A device having a plurality of AE sensors and an output unit. The plurality of AE sensors are disposed apart from each other in the direction in which the weld extends, and are attached to the second member to detect elastic waves transmitted to the second member. The output unit outputs information obtained from the outputs of the plurality of AE sensors. According to such a configuration, a crack generated in the structure can be easily detected.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof as well as included in the scope and the gist of the invention.
１…検出システム、２…検出装置、１０…橋梁構造物（構造物）、２１…デッキプレート（第１部材）、２３…トラフリブ（第２部材）、２６Ａ，２６Ｂ…起立部（板部）、２８…溶接部、３６…無線送信部（出力部）、４１，４２…ＡＥセンサ、４１Ａ…第１ＡＥセンサ、４１Ｂ…第２ＡＥセンサ、６４…特徴量抽出部（抽出部）、８１…位置標定部（標定部）、８３…劣化診断部（判定部）、Ｖ…車両、ＴＳ…走行面、Ｌ１…延長線、Ｌ２…基準線。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
複数のアコースティック・エミッション（ＡＥ）センサを、前記溶接部が延びた方向に互いに離間して、前記トラフリブに取り付け、
前記複数のＡＥセンサに含まれる隣り合う２つのＡＥセンサを結ぶ直線の延長線と、前記溶接部が延びた方向に沿う基準線との間の角度をθとすると、
−２０度＜θ＜２０度
の関係が満たされる、
検出装置の配置方法。 A Department member you support the running surface from below the vehicle travels, the Torafuribu provided on the opposite side to the running surface to the front SL member, the end facing the front SL member of the Torafuribu along provided, a method of arranging the detection device against the structure comprising a front SL member and the Torafuribu and fixed weld and
A plurality of acoustic emission (AE) sensors are attached to the trough rib, spaced apart from each other in the direction in which the weld extends .
Assuming that an angle between a straight extension connecting two adjacent AE sensors included in the plurality of AE sensors and a reference line along a direction in which the weld extends is θ,
−20 degrees <θ <20 degrees
The relationship is satisfied,
Arrangement method of detection device.
前記複数のＡＥセンサは、前記トラフリブの前記板部に取り付けられる、
請求項１に記載の検出装置の配置方法。 The trough rib includes a plate portion extending in a direction away from the traveling surface,
Wherein the plurality of AE sensors, Ru attached to the plate portion of the Torafuribu,
The method for arranging a detection device according to claim 1.
複数のアコースティック・エミッション（ＡＥ）センサにおいて隣り合う２つのＡＥセンサを前記トラフリブの表面であって互いに高さが異なる位置に配置する場合に、When two adjacent AE sensors in a plurality of acoustic emission (AE) sensors are arranged on the surface of the traffic rib and at different heights,
前記部材の下面に作用する最大応力と、前記溶接部または前記部材に関して各サイズの亀裂が進展しない最大応力とに基づき、検出すべき最小亀裂の大きさを求め、Based on the maximum stress acting on the lower surface of the member and the maximum stress at which a crack of each size does not progress with respect to the weld or the member, the size of the minimum crack to be detected is determined,
前記溶接部が延びた方向と前記２つのＡＥセンサを結ぶ方向との間の角度が、前記検出すべき最小亀裂の大きさよりも弾性波の発生源位置の標定位置ばらつきが小さくなる所定角度内に収まるように前記２つのＡＥセンサを配置する、 The angle between the direction in which the weld extends and the direction in which the two AE sensors are connected is within a predetermined angle at which the variation in the positioning position of the elastic wave source position is smaller than the size of the minimum crack to be detected. Arrange the two AE sensors to fit,
検出装置の配置方法。Arrangement method of detection device.
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